Synteettinen polttoaine – määritelmä, valmistus ja käyttö
Tutustu synteettisiin polttoaineisiin: määritelmä, valmistus, käyttö sekä kestävät ja hiilineutraalit vaihtoehdot energiantuotantoon ja liikenteeseen.
Synteettinen polttoaine (tai synfuel) on nestemäisessä tai kaasumaisessa muodossa oleva polttoaine, jota voidaan valmistaa useista eri raaka-aineista kemiallisin tai synteesiprosessein. Synteettisiä polttoaineita on jo pitkään valmistettu kivihiilestä. Myös liuske- tai tervahiekasta uutettua öljyä kutsutaan joskus synpolttoaineeksi. Polttoaineita voidaan valmistaa myös muista kuin elintarvikekasveista.
Tervahiekka on hiekan ja paksun öljyn, bitumin, yhdistelmä. Tätä ja öljyliusketta — eli kerogeenin muodossa olevia hiilivetyjä sisältävää kivikerrosta — voidaan kuumentaa höyryllä tai muilla menetelmillä, jotta näiden aineiden sisältämä raakaöljy saadaan poistettua. Uutettu raakaöljy on öljyn tavoin jalostettava ennen käyttöä.
Määritelmä ja lajit
Synteettinen polttoaine voidaan yleisesti jakaa kahteen ryhmään:
- Perinteiset synteettiset polttoaineet: esimerkiksi kivihiilestä (CTL, coal-to-liquids), maakaasusta (GTL, gas-to-liquids) tai öljylähteistä tuotetut synteettiset nesteet.
- Uudet "e‑polttoaineet" (power-to-liquid tai PtL): valmistettu uusiutuvalla sähköllä tuotetusta vedystä (elektrolyysin kautta) ja hiilidioksidista (ilmakehästä tai teollisista päästöistä). Näitä kutsutaan usein e‑koneiksi tai synteettisiksi vähähiilisiksi polttoaineiksi.
Valmistusmenetelmät
- Fischer–Tropsch (FT): synteesikaasusta (syngas, CO + H2) valmistetaan hiilivetyjä ja nestemäisiä polttoaineita. Syngas voidaan tuottaa kaasutuksella kivihiilestä, biomassasta tai jätteistä tai reformoimalla maakaasua.
- Methanoli‑väylä ja methanol‑to‑gasoline/olefins -prosessi: syngasista valmistetaan ensin methanolia, jota voidaan edelleen muuntaa bensiinin, dieselin tai kemikaalien esiasteiksi.
- Hydrokrakkaus ja hydrotreating: käytetään muun muassa kasviöljyistä tai jäteöljyistä valmistettavien synteettisten dieselin ja lentopolttoaineiden jalostukseen.
- Power-to-liquid (PtL) / e‑fuels: sähköllä tuotettu vety yhdistetään hiilidioksidiin synteesissä (esim. Sabatier- tai FT-menetelmällä) tuottaen hiilivetyjä tai alkoholeja.
Raaka‑aineet
- Kivihiili (CTL)
- Maakaasu (GTL)
- Biomassa ja jätteet (BTL — biomass-to-liquid)
- Tervahiekka ja öljyliuske
- Kasviöljyt ja jätetalousöljyt (HEFA — hydrotreated esters and fatty acids)
- Ilmakehästä tai teollisesta CO2:sta erotettu hiilidioksidi yhdistettynä vihreään vetyyn (PtL / e‑fuels)
Käyttökohteet
Synteettisiä polttoaineita voidaan käyttää monissa nykyisissä sovelluksissa, usein niin sanottuina "drop-in"-polttoaineina, jotka sopivat olemassa oleviin moottoreihin ja jakelujärjestelmiin ilman suuria muutoksia. Tyypillisiä käyttökohteita:
- Ilmailu (lentopolttoaineet): korkea energiatiheys ja tarve muuttumattomalle infrastruktuurille tekevät synteettisistä lentopolttoaineista lupaavan vaihtoehdon.
- Laivaliikenne: pitkät etäisyydet ja energiatiheysvaatimukset suosivat nestemäisiä synteettisiä polttoaineita.
- Raskas maantieliikenne ja teollisuuden polttoaineet.
- Kemianteollisuuden raaka‑aineet ja erikoistuotteet.
Ympäristövaikutukset ja hiilijalanjälki
Synteettisten polttoaineiden ympäristövaikutus vaihtelee suuresti käytetyn raaka‑aineen ja tuotantotavan mukaan:
- Jos polttoaine valmistetaan fossiilisista lähteistä ilman päästöjen talteenottoa, sen hiilijalanjälki voi olla yhtä suuri tai suurempi kuin tavanomaisen fossiilisen polttoaineen.
- PtL‑tyyppiset e‑polttoaineet, jotka käyttävät uusiutuvaa sähköä ja ilmakehästä/teollisuudesta talteenotettua CO2:ta, voivat teoriassa olla lähes hiilineutraaleja. Tämä edellyttää kuitenkin vihreää (päästötöntä) sähköä ja tehokkaita prosesseja.
- Energiaintensiivisyys: synteettisten polttoaineiden tuotanto vaatii paljon energiaa, erityisesti vedyn valmistus elektrolyysillä, mikä heijastuu koko elinkaaren päästöihin ja kustannuksiin.
Edut ja haitat
- Edut: voidaan tuottaa paikallisesti eri raaka‑aineista, sopivat olemassa oleviin jakelu‑ ja käyttöjärjestelmiin, potentiaali vähentää hiilipäästöjä, erityisesti ilmailussa ja meriliikenteessä.
- Haitat: korkea tuotantokustannus, suurentunut energiankulutus tuotantovaiheessa, riippuvuus puhtaasta sähköstä ja mahdolliset ympäristöhaitat, jos fossiilisia raaka‑aineita käytetään ilman päästöjen kompensointia.
Taloudellisuus ja nykytila
Tällä hetkellä synteettiset polttoaineet ovat yleensä kalliimpia kuin fossiiliset polttoaineet. Kustannuksiin vaikuttavat energiahinta (erityisesti sähkö), vedyn tuotantotekniikka, hiilidioksidin lähde ja päästöjen talteenoton kustannukset. Useissa maissa ja yrityksissä on kuitenkin käynnissä demonstraatio‑ ja pilot‑projekteja sekä politiikkatoimia (kuten tukia ja sääntelyä), jotka pyrkivät skaalaamaan tuotantoa ja alentamaan hintoja.
Yhteenveto
Synteettiset polttoaineet kattavat laajan joukon tekniikoita ja raaka‑aineita. Niillä on potentiaalia korvata fossiilisia polttoaineita erityisesti sovelluksissa, joissa sähköistys on vaikeaa (esim. ilmailu ja pitkän matkan meriliikenne). Saavuttaakseen merkittävän ilmastohyödyn niiden tuotannon täytyy perustua uusiutuvaan energiaan ja hiilidioksidin kestävään hallintaan.
Aiheeseen liittyvät sivut
Etsiä