Электротопливо

Информацию об альтернативном топливе, которое иногда называют «электротопливом», см. в разделе « Металлическое топливо » .

Электротопливо из возобновляемых источников энергии может заменить ископаемое топливо .

Электротопливо, также известное как электронное топливо , представляет собой маркетинговый термин для класса синтетического топлива , которое служит заменой топлива для двигателей внутреннего сгорания. Они производятся с использованием улавливаемого диоксида углерода или монооксида углерода вместе с водородом , полученным при расщеплении воды . Электролиз возможен как с использованием традиционных источников энергии из ископаемого топлива, так и с использованием низкоуглеродных источников электроэнергии, таких как энергия ветра, солнца и атома.

В этом процессе при производстве используется углекислый газ, и при сгорании топлива в воздух выделяется примерно такое же количество углекислого газа, что обеспечивает общий низкий углеродный след. Таким образом, электротопливо является вариантом сокращения выбросов парниковых газов от транспорта, особенно при грузовых перевозках на дальние расстояния, морском и воздушном транспорте.

Основными целями являются метанол и дизельное топливо , но также включают в себя другие спирты и углеродосодержащие газы, такие как метан и бутан .

Характеристика

Электротопливо – это углеводороды, искусственно синтезированные из водорода и углекислого газа. Углекислый газ можно извлечь из трех различных источников: из окружающего воздуха (прямой захват воздуха), из точечных источников, таких как электростанции (улавливание углерода и коммунальные услуги), или из биомассы. Для максимизации экологически безопасного производства улавливание биомассы в атмосфере или прямое улавливание из воздуха путем прямого улавливания из воздуха . предпочтительным является При использовании биомассы существуют разные способы получения необходимого CO ₂ . Этого можно достичь за счет биомного производства биогаза или биоэтанола. Во всех этих процессах CO ₂ образуется как побочный продукт, который затем необходимо отделять и очищать. В процессе прямого улавливания воздуха окружающий воздух всасывается и переносится на сорбент, в котором диоксид углерода образует химическую связь с абсорбентом или адсорбентом, отделяя его от воздуха. В дальнейшем, при регенерации сорбента, или десорбции, диоксид углерода отделяется подводом тепловой энергии и подготавливается для дальнейшего использования или хранения.

Водород можно получать разными способами. Для CO2 _- нейтрального электронного топлива важно производить экологически чистый водород . С помощью возобновляемой электроэнергии воду можно разделить на ее компоненты, воду и кислород, в ходе электролиза воды.

Для производства электронного топлива используется синтез-газ, состоящий из водорода и углекислого газа, который затем в последующем процессе синтеза преобразуется в углеводороды, которые затем можно использовать в качестве топлива. В прошлом такие процессы синтеза осуществлялись с использованием других источников углерода и водорода, и поэтому существует ряд различных типов процессов, которые можно было использовать, например:

• Синтез Фишера-Тропша

• Мобильный процесс ( превращение метанола в бензин )

Таким образом, электронное топливо является не первичным, а вторичным источником энергии. Они позволяют использовать электрическую энергию для производства топлив с высокой энергетической плотностью, свойствами хранения, транспортировки и сгорания, которые благодаря своим свойствам и универсальности теоретически могут заменить их во всех возможных применениях. Топливо химически идентично ископаемому аналогу и имеет идентичные свойства. Такое сходство с ископаемым топливом позволяет использовать его не только в существующем флоте, но и в существующей инфраструктуре в виде морского транспорта, трубопроводов, танкеров и сетей АЗС. В то же время удается избежать трудностей с обращением с водородом.

Электротопливо в основном рассматривается как дополнение и возможная замена топлива, используемого на транспорте, такого как топливо для реактивных двигателей , дизельное топливо и мазут .

Цена

Согласно исследованию «Будущие затраты на синтетическое топливо на основе электроэнергии», опубликованному в 2018 году издательством Agora Verkehrswende, синтетическое топливо, такое как электронное топливо, требует двух предварительных условий, чтобы иметь возможность предлагать конкурентоспособную цену. Во-первых, большое значение имеет высокая продолжительность работы при полной нагрузке, поскольку заводские комплексы по производству электронного топлива требуют значительно высоких инвестиционных затрат и, следовательно, имеют высокие постоянные затраты. Каждый дополнительный час работы снижает затраты. Согласно исследованию, не менее 3000-4000 часов полной загрузки . в год требуется

Второй важный аспект – низкая стоимость электроэнергии. Синтез электронного топлива требует очень большого количества электроэнергии и характеризуется потерями на конверсию. Чтобы поддерживать цены на максимально низком уровне, необходимо использовать дешевую возобновляемую электроэнергию.

По этой причине авторы рекомендуют производить энергию в солнечных и ветреных регионах вместо использования возобновляемой электроэнергии от морских ветряных турбин из таких регионов, как Северное или Балтийское моря. Три из рассмотренных регионов обеспечили отличные условия и имели потенциал для существенного снижения цены. Например, при использовании фотоэлектрических систем в Северной Африке и на Ближнем Востоке затраты на производство синтетического жидкого топлива могут достигать 11 центов за киловатт-час (евро-цент/кВтч), что соответствует 0,96 евро за литр или 3,63 евро. за галлон к 2030 г. (3,94 доллара США за галлон по расчетам от 26 мая 2024 г. без учета налогов). Еще одним примечательным местом, по мнению авторов, могла бы стать Исландия, использующая существующую геотермальную энергию.

Аналогичные результаты были представлены в отчете за 2018 год Prognos AG, Института экологических, безопасных и энергетических технологий Фраунгофера и Немецкого исследовательского центра биомассы (DBF). По их данным, к 2050 году с производством в регионе MENA и использованием процесса Фишера-Тропша, в зависимости от различных параметров, таких как процентные ставки, эффективность электролиза, прямые затраты на улавливание воздуха, затраты на электроэнергию, а также инвестиционные и производственные затраты среди в других случаях производственные затраты могут варьироваться от 0,70 евро/л до 1,30 евро/л (2,88 доллара США за галлон и 5,34 доллара США за галлон на основе расчетов от 26 мая 2024 года), без учета налогов.

Исследовать

Основным источником финансирования исследований жидкого электротоплива для транспорта была Программа электротоплива Агентства перспективных исследовательских проектов в области энергетики ( ARPA-E ), возглавляемая Эриком Туном. ARPA-E, созданная в 2009 году при президенте Обаме министром энергетики Стивеном Чу , является попыткой Министерства энергетики дублировать эффективность Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов DARPA . Примеры проектов, финансируемых в рамках этой программы, включают разработку биодизеля OPX Biotechnologies под руководством Майкла Линча. и работа Дерека Ловли по микробному электросинтезу в Массачусетском университете в Амхерсте , которая, как сообщается, произвела первое жидкое электротопливо с использованием CO ₂ в качестве сырья .

Первая конференция по электротопливу, спонсируемая Американским институтом инженеров-химиков, прошла в Провиденсе, штат Род-Айленд, в ноябре 2011 года. На этой конференции директор Эрик Тун заявил: «Спустя восемнадцать месяцев после начала программы мы знаем, что она работает. Нам нужно знать, сможем ли мы сделать ее значимой». Некоторые группы вышли за рамки проверки принципа действия и работают над экономически эффективным расширением масштабов. В настоящее время компания Porsche считается лидером в этих проектах, ориентировочная стоимость галлона топлива составляет сорок пять долларов за галлон.

Электротопливо может стать прорывным, если углеродно-нейтральное электротопливо дешевле, чем нефтяное топливо , и если химическое сырье, полученное методом электросинтеза, дешевле, чем переработанное из сырой нефти . Электротопливо также имеет значительный потенциал в изменении ландшафта возобновляемой энергетики, поскольку электротопливо позволяет удобно хранить возобновляемые источники энергии из всех источников в виде жидкого топлива и сокращать сокращение выбросов .

По состоянию на 2014 год , вызванный бумом гидроразрыва , фокус ARPA-E сместился с электрического сырья на сырье на основе природного газа и, таким образом, от электротоплива.

В 2021 году Audi объявила, что работает над проектами по производству электронного дизеля и электронного бензина . Британская компания Zero , основанная в 2020 году бывшим инженером Формулы-1 Пэдди Лоу , разработала процесс, который она называет «петросинтезом», для создания экологически чистого топлива и открыла исследовательский завод в бизнес-центре Bicester Heritage недалеко от Оксфорда .

Stellantis (важные бренды: Alfa Romeo , Peugeot , Opel , Citroen и Chrysler ) объявила в сентябре 2023 года, что одобрит использование 28 миллионов автомобилей в Европе с электротопливом. Эта информация появилась после длительного процесса тестирования в сотрудничестве с Saudi Aramco. 24 семейства двигателей, установленных в Европе с 2014 года, были протестированы на предмет выбросов выхлопных газов, пусковых качеств, производительности двигателя, надежности, долговечности, разбавления масла, топливного бака, топливопроводов и фильтров, а также характеристик топлива при экстремально низких и высоких температурах. Stellantis рассчитывает сэкономить до 400 миллионов тонн CO2 _к 2050 году.

В 2023 году исследование, опубликованное Центром передового опыта НАТО в области энергетической безопасности, пришло к выводу, что электронное топливо предлагает один из наиболее многообещающих путей декарбонизации для военной мобильности на суше, на море и в воздухе.

Эффективность

В мире есть регионы со значительно более высоким потенциалом возобновляемой энергетики, чем другие. По данным таких источников, как eFuel Alliance, правозащитная группа , при оценке следует учитывать не только эффективность транспортного средства, но и то, какая часть энергии, генерируемой энергетической системой, может быть преобразована в кинетическую энергию. Однако этот высокий потенциал возобновляемой энергии часто существует в регионах, где спрос не так выражен. Преобразовав эту электрическую энергию в жидкие энергоносители, ее можно будет более эффективно транспортировать, поскольку транспортировать жидкости проще, чем электричество.

Общая эффективность мобильности

В этих условиях, согласно некоторым исследованиям, эффективность автомобилей с двигателями внутреннего сгорания может существенно повыситься при рассмотрении выработки электроэнергии энергообъекта в высокопотенциальном регионе и сравнении часов полной загрузки энергообъектов для обоих автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. и аккумуляторные электромобили. По данным Технологического института Карлсруэ, низкая эффективность двигателей внутреннего сгорания может быть компенсирована увеличением выработки электроэнергии. В некоторых благоприятных местах может быть в три раза больше часов полной нагрузки и, таким образом, вырабатывать в три раза больше электроэнергии, чем на том же объекте той же мощности в других местах.

В своем исследовании 2020 года компания Frontier Economics обнаружила, что, используя благоприятные места с очень высоким потенциалом возобновляемой энергии, автомобили с двигателями внутреннего сгорания могут достичь эффективности, аналогичной эффективности электромобилей с аккумуляторной батареей. Подобная эффективность обеспечивается за счет увеличения производства электроэнергии в благоприятных местах, которая используется с помощью технологий преобразования энергии в топливо. По результатам этих исследований коэффициент эффективности составляет не 5-7, а вполне управляемый 1,6 (например, показатель «суммарная эффективность мобильности»).

Альянс eFuel заявляет, что «перспектива недостаточной эффективности электротоплива вводит в заблуждение, поскольку для глобального энергетического перехода решающее значение имеет не степень эффективности конечного использования электроэнергии, а то, насколько эффективно электроэнергия может производиться из возобновляемых источников энергии, а затем сделал пригодным для использования».

Критика

Некоторые современные процессы, в которых утверждается, что производят электротопливо, работают на электроэнергии, вырабатываемой из невозобновляемых ископаемых видов топлива ; ученые признали необходимость этих методов на ранних стадиях производства электротоплива, несмотря на их противоречивый характер.

к 2021 году Европейская федерация транспорта и окружающей среды , правозащитная группа , сообщила, что авиационный сектор должен внедрить электронный керосин, поскольку он может существенно снизить воздействие на климат. и аналогично для доставки. В нем также говорится, что использование электротоплива в автомобилях приводит к выбросам двух значительных парниковых газов, помимо CO _{2 ,} улавливаемого для производства: метан (CH ₄ ) и закись азота (N ₂ O); местное загрязнение воздуха по-прежнему вызывало беспокойство, и оно было в пять раз менее эффективно, чем прямая электрификация.

Классификация

В Европе определен класс электротоплива под названием «Возобновляемое жидкое и газообразное транспортное топливо небиологического происхождения» (RFNBO), химически такой же, как и электронное топливо в целом, но с более строгими требованиями. Электроэнергия должна производиться новыми несубсидируемыми электростанциями из возобновляемых источников, расположенными в той же зоне торгов , что и объект по производству электронного топлива, производство электроэнергии и производство электронного топлива должно происходить одновременно, а источники углерода должны быть определенных типов.

Проекты

В сентябре 2022 года финская компания Q Power продала P2X Solutions установку по производству синтетического метана, которая должна быть поставлена ​​в 2024 году в Харьявалте , Финляндия, рядом со своим по производству зеленого водорода мощностью 20 МВт. заводом Ren-Gas имеет несколько проектов по производству синтетического метана в Тампере , Лахти , Котке , Миккели и Пори в Финляндии.

Ближе к концу 2020 года Porsche объявила об инвестициях в электротопливо, в том числе в проект Haru Oni ​​в Чили по созданию синтетического метанола из энергии ветра. В декабре 2022 года Porsche и чилийская компания Highly Innovative Fuels открыли пилотный завод Haru Oni ​​в Пунта-Аренас , Чили, основанный на энергии ветра и производящий ~130 м3 топлива. ³ eFuel в год на пилотном этапе с масштабированием до 55 000 м3. ³ в год к середине 2020-х годов и 550 000 м ³ еще через два года для экспорта через свой порт. По состоянию на 2023 год этот завод сможет успешно производить 34 340 галлонов в год, а коммерческое применение появится позже.

См. также

• АРПА-Э
• Биоэлектрохимический реактор
• Углеродно-нейтральное топливо
• Электрохимическая ячейка
• Электрохимическое восстановление углекислого газа
• Электрогидрогенез
• Электрометаногенез
• Ферментативный биотопливный элемент
• Гидрозин
• Микробный электросинтез
• Электроэнергия-газ
• Мощность-к-X
• Поэтапный отказ от автомобилей, работающих на ископаемом топливе

Внешние ссылки

• Ловетт, Ричард А. (17 июня 2013 г.). «Электротопливо: заряженные микробы могут «выкинуть» альтернативу бензину» . Нэшнл Географик . Архивировано из оригинала 20 июня 2013 года . Проверено 23 июля 2013 г. (требуется подписка)
• Электронный топливный альянс