¿Qué es un synfuel?

Esta planta de combustible de carbón a líquido en Sudáfrica es la instalación de combustibles sintéticos más grande del mundo. También es el mayor emisor de dióxido de carbono del planeta. Imágenes de Per-Anders Pettersson / Getty

Las discusiones sobre la independencia energética, las energías renovables y los peligros de las emisiones de carbono se han convertido en una gran parte del discurso político en los Estados Unidos. Todos, desde el presidente hasta el hombre que sostiene el cartel de "no a la guerra por el petróleo" en una protesta pública, parecen interesados ​​en encontrar alternativas a los combustibles fósiles. Pero no todos los sustitutos son iguales. Algunos son mejores para el medio ambiente; algunos no lo son. Algunas son fuentes de energía renovables; algunos no lo son. Combustibles sintéticos, alias synfuels, son solo una de las muchas soluciones sobre la mesa para resolver la crisis energética en desarrollo.

En este caso, sin embargo, el término "sintético" puede ser engañoso. No significa necesariamente que los combustibles no sean naturales o artificiales. La Administración de Información de Energía de EE. UU. Define un combustible sintético como cualquier combustible "producido a partir de carbón, gas natural o biomasa materias primas mediante conversión química "[fuente: Administración de Información Energética de EE. UU.]. Esa conversión crea sustancias que son químicamente iguales al petróleo crudo o los combustibles procesados, pero que se sintetizaron mediante medios artificiales. El petróleo crudo convencional se encuentra de forma natural en el medio ambiente y se utiliza para producir una variedad de combustibles como la gasolina y el diésel. Las materias primas de combustibles sintéticos, las materias primas que se utilizan para fabricar combustibles sintéticos, deben someterse a intensos cambios químicos y físicos para poder utilizarse como petróleo crudo o combustible procesado.

La historia de los combustibles sintéticos se remonta más atrás de lo que podría pensar, aunque la investigación y el desarrollo han alcanzado su punto máximo en los últimos años. Los combustibles sintéticos se investigaron por primera vez en Alemania en 1923, cuando dos científicos desarrollaron un proceso llamado Reacción de Fischer-Tropsch. El proceso, que ellos mismos nombraron, implica convertir gas en combustibles líquidos. Si bien existen alternativas al proceso Fischer-Tropsch, es el método más probado y ampliamente utilizado para crear combustibles sintéticos en la actualidad..

Históricamente, los combustibles sintéticos se utilizaron por primera vez ampliamente para alimentar vehículos militares en la Alemania de la Segunda Guerra Mundial. Las limitadas reservas de petróleo entre las potencias del Eje hicieron de las opciones sintéticas una alternativa necesaria [fuente: Becker]. En la década de 1970, los combustibles sintéticos se investigaron intensamente en los Estados Unidos en medio de una escasez generalizada de petróleo. Esa investigación finalmente disminuyó, pero ha experimentado otro aumento recientemente, ya que las preocupaciones sobre la independencia energética y la sostenibilidad se han convertido en importantes temas de conversación política. Otros países han utilizado los combustibles sintéticos de manera más extensa. Por ejemplo, en Sudáfrica, los combustibles sintéticos hechos de carbón y gas natural han sido una parte importante de la economía del petróleo durante 30 años..

Para obtener información sobre los diferentes tipos de combustibles sintéticos y cómo se produce cada uno, siga leyendo.

Las arenas bituminosas contienen una forma de petróleo que se extrae mediante la minería a cielo abierto. Veronique de Viguerie / Getty Images

Para comprender cómo se pueden convertir varias materias primas en combustibles sintéticos líquidos, primero debe comprender cómo funciona el combustible. El petróleo y los productos como la gasolina elaborados a partir de petróleo están formados por largas cadenas de moléculas orgánicas llamadas hidrocarburos (porque contienen hidrógeno y carbono). Cuando esos hidrocarburos se queman, se descomponen y liberan energía, que se utiliza para alimentar los motores de automóviles, camiones, aviones, etc. La mayor parte de la materia orgánica, incluidos el petróleo, el carbón, el gas natural, los desechos vegetales y las aguas residuales, contiene hidrocarburos. Los motores de hoy están diseñados para funcionar con combustibles derivados del petróleo como la gasolina. Para que los combustibles sintéticos funcionen en esos motores, sus hidrocarburos deben reestructurarse para que se parezcan a los hidrocarburos que se encuentran en el petróleo y los productos derivados del petróleo..

Básicamente hay dos categorías de combustibles sintéticos, aceites crudos sintéticos (sincrude), y Líquidos de Fischer-Tropsch.La primera categoría incluye materias primas y procesos que se utilizan para producir sincrude, o petróleo crudo sintético. El petróleo crudo sintético se puede utilizar para los mismos fines que el petróleo crudo convencional. Se utiliza como materia prima. Al igual que el petróleo crudo convencional, el sincrudo debe refinarse y procesarse para producir las diversas formas de combustibles comerciales a base de petróleo, como el diésel, la gasolina y el queroseno..

Las tres fuentes más populares de syncrude son aceite extrapesado, pizarra bituminosa y Arenas petrolíferas. Cada uno de esos materiales se produce de forma natural al igual que el aceite convencional, pero tienen diferentes propiedades físicas y cantidades de impurezas. Por ejemplo, la lutita bituminosa es una roca y las arenas bituminosas son una mezcla alquitranada de arena y la sustancia que contiene petróleo. betún. Estas materias primas sintéticas están expuestas a varios niveles de calor, presión y manipulación física para producir una sustancia con la misma disposición de hidrocarburos que el petróleo crudo de origen natural..

El procesamiento de materias primas sintéticas tiende a dañar el medio ambiente. Dado que requieren más procesamiento que el petróleo crudo, generan más CO₂ emisiones y otros contaminantes [fuente: Departamento del Interior de EE. UU.]. Además, recolectar la materia prima a menudo implica prácticas ambientales dañinas como la minería a cielo abierto. Una ventaja de los combustibles sintéticos como alternativa al petróleo es que el mundo contiene importantes reservas sin explotar de petróleo extrapesado, esquisto bituminoso y arenas bituminosas. Por supuesto, como el petróleo, esos recursos no son sostenibles. Ellos también se acabarán eventualmente.

Siga leyendo para conocer cómo se producen los combustibles sincrónicos Fischer-Tropsch.

El segundo tipo de combustibles sintéticos, comúnmente conocidos como líquidos de Fischer-Tropsch, utilizan materia prima que se puede convertir directamente en combustibles líquidos comercialmente viables, omitiendo esencialmente el paso de sincrudo. Las materias primas más comunes utilizadas para producir combustibles sintéticos Fischer-Tropsch incluyen gas natural, carbón y biomasa (plantas y residuos vegetales). En la síntesis F-T, la materia prima se somete a un calor muy alto (1.900 grados Fahrenheit (1.037,7 grados Celsius) o más) y a una presión para producir una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno llamada gas de síntesis (o syngas) [fuente: Van Bibber]. Este paso del proceso hace que los combustibles líquidos Fischer-Tropsch sean mucho más limpios que los combustibles producidos a partir de crudo o sincrude. Las impurezas, como los metales pesados, se pueden eliminar fácilmente del gasificador después de filtrar el gas de síntesis. Los gases como el carbono y el azufre se pueden filtrar para que no se conviertan en contaminantes cuando se quema el combustible..

A continuación, el gas de síntesis se condensa en forma líquida. De nuevo, sometido a alta presión y calor, se introduce un catalizador en el proceso, normalmente un compuesto que contiene hierro o cobalto. El catalizador desencadena una reacción química entre el hidrógeno y el monóxido de carbono, creando largas cadenas de hidrocarburos. Diferentes catalizadores pueden producir diferentes estructuras de hidrocarburos. Estos hidrocarburos luego se enfrían y condensan en forma líquida y se filtran. Junto con las formas sintéticas de combustible diesel o gasolina, la síntesis de Fischer-Tropsch puede producir lubricantes industriales, queroseno y otros productos..

En comparación con los productos syncrude, los líquidos Fischer-Tropsch se queman mucho más limpiamente. Estos combustibles sintéticos casi no emiten partículas, contienen menos óxido de nitrógeno que los combustibles tradicionales y menos emisiones de monóxido de carbono [fuente: Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.]. Por supuesto, los combustibles sintéticos que utilizan recursos renovables como materia prima (como la biomasa) son mejores para el medio ambiente a largo plazo que los que utilizan combustibles fósiles como materia prima..

El gobierno de EE. UU. Tiene un gran interés en los combustibles sintéticos, ya que tiene abundante acceso a materias primas como carbón, gas natural y desechos de plantas. Teniendo en cuenta solo una variedad de combustible sintetizado, se estima que hay 1,3 gigatoneladas de biomasa no utilizada dentro de los Estados Unidos que podrían usarse para producir combustibles sintéticos [fuente: Coal-to-Liquids Coalition]. Entonces, el ejército de los EE. UU. Y otras agencias gubernamentales han estado presionando para investigar los combustibles sintéticos en los últimos años. Otros países, como China y Alemania, también han realizado inversiones recientes en la exploración de tecnología de combustibles sintéticos [Fuente: Administración de Información de Energía de EE. Si bien la tecnología de combustibles sintéticos es prometedora, su producción cuesta mucho más que la gasolina a partir del petróleo. Por lo tanto, lo más probable es que no reemplace al petróleo a menos que los precios del petróleo aumenten drásticamente.

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Más enlaces geniales

• Noticias de carbón a líquido
• Noticias de biomasa a líquidos
• Noticias de gas a líquidos
• Documentos del laboratorio nacional de energía renovable
• Archivo Fischer-Tropsch
• Departamento de Energía de EE. UU., Centro de datos de combustibles alternativos

Fuentes

• Becker, Peter W. "El papel del combustible sintético en la Alemania de la Segunda Guerra Mundial. ¿Implicaciones para la actualidad?" Revisión de la Universidad del Aire. Julio-agosto de 1981. (10 de diciembre de 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Coalición del carbón a los líquidos. "Proceso de producción de combustibles sintéticos". (10 de diciembre de 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Oficina del gobernador de Montana. "Preguntas frecuentes sobre el combustible sintético". (10 de diciembre de 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
• Schubert, Paul. "Desarrollo del proceso moderno de Fischer-Tropsch". Archivo Fischer-Tropsch. 29 de agosto de 2001. (10 de diciembre de 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Speight, James G. "Manual de combustibles sintéticos". McGraw-Hill. 2008.
• Corporación de combustibles sintéticos. "Producción de combustible sintético". (10 de diciembre de 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Departamento de Energía de Estados Unidos. "El proceso de Fischer-Tropsch". Data Center de Combustibles Alternativos y Vehículos Avanzados. (10 de diciembre de 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• Departamento de Energía de los Estados Unidos, Oficina de Energía Fósil, Laboratorio Nacional de Tecnología Energética. "Combustibles Fischer-Tropsch". Abril de 2008. (10 de diciembre de 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• * Departamento del Interior de los Estados Unidos, Oficina de Administración de Tierras. "Acerca de la pizarra bituminosa". Declaración Programática de Impacto Ambiental de Esquisto bituminoso y arenas bituminosas. (10 de diciembre de 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• * Departamento del Interior de los Estados Unidos, Oficina de Administración de Tierras. "Acerca de Tar Sands". Declaración Programática de Impacto Ambiental de Esquisto bituminoso y arenas bituminosas. (10 de diciembre de 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• Administración de Información Energética de Estados Unidos. "Annual Energy Outlook 2006: Temas en foco". 14 de febrero de 2006. (10 de diciembre de 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• Agencia de Proteccion Ambiental de los Estados Unidos. "Combustibles alternativos limpios: Fischer-Tropsch". Marzo de 2002. (10 de diciembre de 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Van Bibber, Lawrence. "Evaluación técnica y económica de referencia de una instalación de líquidos Fischer-Tropsch a escala comercial". Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, Departamento de Energía de EE. UU. 9 de abril de 2007. (10 de diciembre de 2010) http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commercial%20S.pdf