Синтетические виды жидкого топлива (eFuels) производятся из воды (H2O) и диоксида углерода (CO2). Необходимая для производства электроэнергия должна добываться из возобновляемых источников энергии (солнечная энергия или энергия ветра). Компания Porsche интенсивно исследует эти виды топлива: на синтетическом топливе двигатели внутреннего сгорания могут работать практически CO2-нейтрально, так как будут выбрасывать ровно столько CO2, сколько до этого было взято из атмосферы для производства самого топлива – замкнутый круговорот.
Синтетические виды топлива обеспечивают мгновенное сокращение выбросов CO2, поскольку они могут заменить минеральные топлива. Первое время, при недостаточной доступности синтетических видов топлива, их можно смешивать с обычным топливом. Другие преимущества – для хранения и транспортировки можно использовать существующую инфраструктуру. Кроме того, синтетические виды топлива могут помочь реализовать потенциал «зеленой» электроэнергии благодаря производству в тех регионах мира, где этой энергии в избытке, и последующей транспортировке на большие расстояния.
Таким образом, синтетические виды топлива могут внести свой вклад в сокращение выбросов CO2 и являются важным составным компонентом стратегии Porsche в области автомобильных приводов: в среднесрочной перспективе автомобилестроительная компания делает ставку одновременно на три технологии приводов. Помимо чисто электрических автомобилей работа по-прежнему ведется над оптимизированными высокоэмоциональными двигателями внутреннего сгорания, а также плагин-гибридами с нулевым локальным выбросом вредных веществ. Синтетические виды топлива позволят значительно снизить углеродный след двигателей внутреннего сгорания и плагин-гибридов.
Исходное сырье: вода и диоксид углерода
Для производства синтетических видов топлива требуется всего два сырьевых компонента: вода и диоксид углерода (углекислый газ). Необходимый водород получают из воды путем электролиза. Для этого через воду просто пропускают постоянный ток, в результате чего водород отщепляется и накапливается на отрицательном полюсе (катоде). Энергетический коэффициент полезного действия этого процесса составляет около 70 процентов. В целях защиты запасов питьевой воды устойчивые концепции предусматривают строительство производственных предприятий как можно ближе к морскому побережью и использование опресненной морской воды. Для производства одного литра синтетического топлива требуется два литра воды.
Диоксид углерода извлекается непосредственно из воздуха с использованием так называемого процесса Direct Air Capture/DAC («Прямое улавливание из воздуха»). Большие вентиляторы продувают окружающий воздух через фильтры, на которых осаждается содержащийся в атмосфере диоксид углерода. В зависимости от процесса фильтры обрабатываются различными веществами, из которых при дальнейшей обработке выделяется чистый CO2. Такие установки в настоящее время уже действуют, например, в Канаде и Швейцарии. Снижение выбросов CO2 и его извлечение из окружающего воздуха с целью вторичного использования может в будущем стать ключевой технологией для защиты климата. Поэтому очень важно поставить эти технологии на поток и сделать их экономически рентабельными.
Экологически чистая электроэнергия: организация производства синтетических видов топлив в регионах, богатых ветровыми и солнечными ресурсами
Экономически и экологически оптимальные регионы для производства электричества из энергии ветра и солнца находятся в основном вблизи морского побережья с сильными ветрами или интенсивной солнечной радиацией. Такие регионы можно найти, например, в Марокко, Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) или Южной Африке, на побережье Южной Америки в Чили или в Австралии. В настоящее время исходят из того, что производство электроэнергии в этих регионах можно осуществлять в три-четыре раза эффективнее по сравнению с Центральной Европой. Однако передача этой электрической энергии на большие расстояния конечным потребителям была бы слишком дорогостоящей и связанной с большими потерями. Поэтому наиболее целесообразно производить синтетические виды топлива непосредственно в богатых энергоресурсами регионах, используя для этого выработанную тут же на месте электроэнергию из соответствующего возобновляемого источника. Для этого парк солнечных батарей или ветрогенераторов интегрируется непосредственно в химический завод по производству синтетических видов топлива. Поскольку таким образом отпадает необходимость в дорогостоящей и технически сложной передаче электроэнергии по кабелю, ее стоимость может быть снижена более чем в четыре раза. Кроме того, можно в полной мере использовать такие преимущества жидкого топлива, как удобство хранения и транспортировки. Таким образом, используя трубопроводный или морской транспорт можно снабжать весь мир CO2-нейтральными энергоносителями. В Центральной Европе дело обстоит иначе: здесь электричество, выработанное с помощью ветровой или солнечной энергии, уже само по себе используется наиболее эффективно. Распределение электричества по линиям электропередачи, хранение в батареях и использование в электромобилях – путь намного более эффективный, чем производство с его помощью синтетических видов топлива. Таким образом, в зависимости от географической удаленности места производства энергии от конечного потребителя предлагаются разные концепции.
Через eMethanol к малотоксичному универсальному топливу
Процесс производства синтетических видов топлива начинается с производства так называемого возобновляемого метанола (eMethanol) из водорода и CO2. Это можно сделать несколькими способами, в том числе с использованием катализатора. Произведенный таким образом синтетический метанол (eMethanol) можно использовать во многих отраслях промышленности по всему миру в качестве прямой «зеленой замены» метанола, полученного из сырой нефти или природного газа. Всего за одну стадию синтеза, так называемый процесс превращения метанола в бензин (Methanol-to-Gasoline, MtG), eMethanol можно переработать в синтетический бензин (eBenzin). Благодаря дальнейшей переработке это топливо можно довести до октанового числа, аналогичного октановому числу бензина класса «супер», и затем использовать во всех традиционных бензиновых двигателях.
Если для производства синтетических видов топлива использовать исключительно энергию из возобновляемых источников, выбросы CO2 от сжигания ископаемого топлива в автомобилях с ДВС и плагин-гибридах могут быть значительно сокращены. Причем во всем существующем автопарке. Первое время, при недостаточной доступности синтетических видов топлива, их можно смешивать с обычным топливом, а позднее использовать в чистом виде. Кроме того, для хранения и распределения этих топлив можно использовать обычную уже имеющуюся инфраструктуру. Синтетическое производство eFuels позволяет получить определенные качества, направленные на снижение вредных выбросов и повышение эффективности. Так, топливо класса eFuels создает меньший, чем топливо на основе нефти, выброс токсичных веществ и мелкодисперсной пыли, поскольку оно не содержит примесей и, следовательно, сгорает более чисто. Только за счет использования синтетических видов топлива можно значительно сократить так называемые неочищенные выбросы многочисленных существующих двигателей внутреннего сгорания – например, выбросы сажи.