Syntetyczne paliwa płynne w Niemczech: dotychczasowe doświadczenia i nowe technologie
Zakład Leuna-Werke, jeden z głównych producentów benzyny syntetycznej. Fot. Bundesarchiv Niemiec
W Niemczech istnieją pola naftowe, ale ich objętość jest bardzo ograniczona. W rezultacie kraj jest poważnie uzależniony od dostaw importowanej ropy i produktów naftowych, co może zagrażać bezpieczeństwu narodowemu. W odległej przeszłości problem uzależnienia rozwiązywano poprzez produkcję syntetycznych paliw ciekłych z dostępnych surowców. Obecnie proponowane są podobne technologie w celu poprawy środowiska.
Stare technologie
Poszukiwania alternatywnych metod wytwarzania paliw płynnych zastępujących produkty naftowe rozpoczęły się w X latach XX wieku. Pierwszą technologię nadającą się do masowego zastosowania zaproponował w 1913 roku przyszły laureat Nagrody Nobla Friedrich Bergius. Dwa lata później zbudował i uruchomił pierwszą instalację wykorzystującą nowy proces. Następnie większe przedsiębiorstwa uzyskały prawa do stosowania metody „berginizacji”.
Proces Bergiusa polegał na wykorzystaniu węgla kamiennego lub brunatnego jako surowców. Rozdrobniony surowiec zmieszano z zestawem specjalnych dodatków i katalizatorów, z czego sporządzono zawiesinę. Ten ostatni mieszano z wodorem, również wytwarzanym z węgla, a następnie wprowadzano do reaktorów chemicznych, w których utrzymywano temperaturę 450-485°C i ciśnienie do 500-700 atm.
Wydobyciem była syntetyczna ropa naftowa – mieszanina oleju napędowego, oleju napędowego, kilku gazów i innych składników. Ten produkt pośredni poddano następnie obróbce, uwalniając średnie i ciężkie oleje, benzynę i gazy.
Reklama benzyny firmy Leuna-Werke. Grafika: LW/Wikimedia Commons
W 1926 roku chemicy Franz Fischer i Hans Tropsch zaproponowali alternatywną technologię, która miała swoje zalety. Umożliwiło to wykorzystanie jako surowca zarówno węgla kamiennego, jak i brunatnego, którego Niemcy posiadały w dużych ilościach. Do końca lat dwudziestych tzw. Proces Fischera-Tropscha został opanowany przez różne przedsiębiorstwa i zapewnił krajowi niezbędne paliwo. Jednocześnie proponowano różne sposoby udoskonalenia technologii.
Proces Fischera-Tropscha rozpoczął się wraz z opracowaniem tzw. gaz syntezowy lub gaz wodny – mieszanina tlenku węgla i wodoru. Otrzymywano go przez obróbkę pokruszonego węgla parą przegrzaną. Gaz syntezowy można wytwarzać innymi sposobami. Można go od razu zastosować w silnikach spalinowych. Również poprzez zmieszanie z innymi substancjami gaz syntezowy przekształcano w paliwo płynne. Technologia umożliwiła otrzymywanie różnych rodzajów paliw, jednak ekonomicznie uzasadniona była jedynie benzyna syntetyczna.
Procesy w praktyce
Proces Bergiusa jest stosowany w przemyśle od połowy lat 10-tych XX wieku, a 12-XNUMX lat później zaczęto wprowadzać metodę Fischera-Tropscha. Obie technologie w wersji oryginalnej i zmodyfikowanej sprawdziły się i w pewnym stopniu przyczyniły się do zaopatrzenia gospodarki narodowej i armii w paliwo płynne. Jednakże udział benzyny syntetycznej i olejów syntetycznych w całkowitej konsumpcji Niemiec do pewnego czasu pozostawał niewielki. W tym okresie kraj opierał się na zakupach zagranicznej ropy i produktów naftowych.
Jednym z głównych konsumentów benzyny w nazistowskich Niemczech była Luftwaffe. Fot. Bundesarchiv Niemiec
Sytuacja zaczęła się zmieniać wraz z dojściem nazistów do władzy. W 1936 roku przyjęto program rozwoju produkcji paliw syntetycznych. Planowano budowę kilku nowych fabryk działających w oparciu o dwa główne procesy. Miały one zwiększyć ogólną produkcję paliw, zmniejszając potrzebę importu. W prace zaangażowane były wszystkie najważniejsze organizacje z konglomeratu IG Farben.
Pierwsze fabryki nowej konstrukcji rozpoczęły działalność w 1938 roku, stosując „berginizację”. W 1939 roku uruchomiono kilka zakładów stosujących metodę Fischera-Tropscha. Już w 1940 r. produkcja nowego paliwa osiągnęła poziom 70-80 tys. baryłek dziennie. To wystarczyło na pokrycie jednej trzeciej ówczesnych potrzeb kraju. Następnie wydajność branży wzrosła. Ich szczyt nastąpił w 1944 r., kiedy 25 zakładów wyprodukowało łącznie 5,7 mln ton paliwa. Jednocześnie produkcja nie była ekonomiczna. Rekordowa roczna produkcja paliw wymagała zużycia około 60 mln ton węgla.
Wraz z produkcją rosło zapotrzebowanie na pracowników. Od 1941 r. problem ten rozwiązywano poprzez niewolniczą pracę. Jeńcy wojenni i więźniowie obozów koncentracyjnych zostali robotnikami fabrycznymi. Naziści nawet nie myśleli o poprawie warunków pracy i przestrzeganiu środków bezpieczeństwa. W rezultacie znaczna część robotników przymusowych zmarła w wyniku zatruć i obrażeń, inni zaś cierpieli na zły stan zdrowia.
W maju 1944 roku Brytyjczycy lotnictwo rozpoczęli regularne ataki na fabryki i magazyny paliw syntetycznych w Niemczech i na terytoriach okupowanych. Kilkumiesięczne bombardowania wyrządziły nieodwracalne szkody w przemyśle, a także przyczyniły się do pogorszenia sytuacji nazistów. Wiosną 1945 roku zaprzestały działalności pozostałe przedsiębiorstwa produkujące paliwa syntetyczne. Zwycięskie kraje zabroniły przywracania tej produkcji.
Nowy „przyjazny środowisku” zakład w Werlte. Zdjęcie Atmostar
Cele środowiskowe
W okresie powojennym oba Niemcy uzyskały dostęp do zagranicznej ropy i mogły ją pozyskiwać w wymaganych ilościach. Eksplorowano i zagospodarowywano także własne złoża. Wszystko to generalnie pokrywało potrzeby Republiki Federalnej Niemiec i NRD w zakresie paliw płynnych, a także sprawiało, że przez wiele lat można było w ogóle nie myśleć o produkcji paliw syntetycznych.
Jednak technologie syntezy ponownie przyciągnęły uwagę, ale nie ze względów ekonomicznych. Teraz muszą pomóc poprawić sytuację środowiskową. Niemiecka grupa non-profit Atmosfair przy wsparciu Federalnego Ministerstwa Środowiska, firmy Siemens i szeregu innych organizacji opracowała i wdrożyła projekt „zielonej” fabryki do produkcji nafty lotniczej. Firma powstała w gminie Werlte (Dolna Saksonia) i niedawno rozpoczęła działalność.
Zakład musi stosować ulepszony proces Fischera-Tropscha. Dwutlenek węgla pochodzący z atmosfery oraz z biogazowni wykorzystywany jest jako surowiec do produkcji oleju syntetycznego. Wodór będzie wytwarzany w procesie elektrolizy wody z lokalnych złóż. Spółka pozyskuje energię elektryczną z pobliskiej farmy wiatrowej. Powstała ropa naftowa będzie destylowana do nafty lotniczej.
Do początku 2022 roku zakład Atmosfair powinien osiągnąć projektową zdolność produkcyjną ok. 8 baryłek nafty dziennie. Takie paliwo będzie kosztować ok. 5 euro za litr, czyli znacznie więcej niż „zwykła” nafta. Autorzy projektu podkreślają jednak jego korzyści środowiskowe. Zwracają uwagę, że surowce i energię do produkcji paliw pobiera się ze środowiska. Dzięki temu podczas spalania nafty do atmosfery uwalniana jest taka sama ilość węgla, jaką zużyto na etapie produkcji. Bilans substancji nie ulega zmianie, co jest korzystne dla przyrody.
Dużym pytaniem jest, czy zakład będzie w stanie wyprzedzić konkurencję. Zdjęcie Atmostar
Atmostar wierzy, że w przyszłości nowe paliwo syntetyczne stanie się opłacalne ekonomicznie. Do tego jednak konieczne jest wprowadzenie dodatkowych podatków od paliw kopalnych, aby ich cena wzrosła do wymaganego poziomu. W takich warunkach nafta syntetyczna stanie się konkurencyjna i przyciągnie inwestorów. Możliwe będzie także rozszerzenie produkcji m.in. wraz z wypuszczeniem nowych typów produktów.
Potrzeby i korzyści
Tym samym na przestrzeni ostatniego stulecia Niemcy zgromadziły bogate doświadczenie naukowo-technologiczne w zakresie produkcji syntetycznych paliw ciekłych i zastępowania tradycyjnych produktów naftowych. W odległej przeszłości zapotrzebowanie na takie technologie praktycznie zniknęło, ale teraz proponuje się je ożywić, na nowej podstawie i z innym uzasadnieniem ideologicznym.
Najnowszy wiadomości dotyczące elektrowni przyjaznej dla środowiska cieszą się pewnym zainteresowaniem, ale jest mało prawdopodobne, aby przyciągnęły uwagę nabywców paliw lub inwestorów. Pomimo wszystkich oryginalnych pomysłów, nafta Atmosfair jest nieopłacalna ekonomicznie i nie może konkurować z paliwami kopalnymi.
Sytuacja może zmienić się na jego korzyść jedynie dzięki wprowadzeniu nowych, nieuczciwych ograniczeń, które mogą uderzyć w istniejących przedsiębiorców i ich klientów. Czas pokaże, czy Niemcy poświęcą swój istniejący przemysł i infrastrukturę na rzecz aktualnych idei środowiskowych.
informacja