Sintetiniai dyzeliniai degalai iš biomasės, buitinių atliekų ir dar nenaudojamų gamtinių dujų buvo pradėti gaminti maždaug prieš 10 metų. Sintetiniai degalai nėra alternatyvūs degalai, nes jie nereikalauja pakeitimų nei infrastruktūroje, nei variklių konstrukcijose, tačiau jie ne tik praplečia žaliavų rezervus, bet ir labai pagerina jų savybes ekologinio balanso požiūriu.

Gaminti ir naudoti sintetinius degalus skatina daug veiksnių. Tai, pirmiausia, riboti naftos ištekliai, kurių atsargų užteks dar maždaug 50 metų. Vien tik Europos Sąjungos šalys per metus sunaudoja maždaug ketvirtadalį pasaulyje išgaunamos naftos. Naftos produktų pasaulyje pastaruoju metu suvartojama vis daugiau ir dėl sparčiai besivystančių Azijos šalių (Kinijos, Indijos) ekonomikų.

Daugėjant lengvųjų automobilių su dyzeliniais varikliais Europoje, dėl ribotų naftos rezervų susirūpino naftos bendrovės. Kaip patenkinti didėjantį dyzelinių degalų poreikį?

Benzinas ir dyzelinas gaunami iš naftos tam tikru santykiu, kurį galima pakeisti perdirbimo įmonėse tik taikant brangias technologijas. Tai buvo viena iš priežasčių, kodėl "Schell" koncernas 1993 m. pradėjo sintetinių dyzelinių degalų iš gamtinių dujų gamybą.

Griežtėjantys reikalavimai variklių išmetamų deginių toksiškumui verčia toliau tobulinti ne tik variklius, bet ir degalus. Optimalus variklio ir degalų tarpusavio pritaikymas šiandien yra neišvengiamas. Variklių konstruktoriai į degalus jau žiūri kaip į konstrukcinį elementą, kuris turi būti kuriamas kartu su varikliu. Ši problema taps dar aktualesnė, jei nuo 2008 m. įsigalios dar griežtesnės EURO 5 deginių toksiškumo normos.

Degalų sintezės metu gaunami geros kokybės degalai, kurių savybes galima keisti valdant sintezės procesą.

Fišerio-Tropšo sintezė

Fišerio-Tropšo sintezė - tai pramoninis skystų ir kietų angliavandenilių gamybos iš anglies monoksido ir vandenilio dujų metodas, naudojant metalinius katalizatorius. Jį sukūrė ir 1925 m. užpatentavo vokiečių chemikai Francas Fišeris (Franz Fischer) ir Hansas Tropšas (Hanz Tropsch). Gautus skystus angliavandenilius galima naudoti kaip degalus, kieti angliavandeniliai yra labai gryni ir naudojami kaip žaliava chemijos arba farmacijos pramonėje. Sukūrimo tikslas buvo vis didėjantis tuo metu vidaus degimo variklių naudojimas ir noras turėti nepriklausomą degalų ir žaliavų šaltinį chemijos pramonei. Reikalingas mišinys iš anglies monoksido ir vandenilio - vadinamosios sintezės dujos buvo gaunamos iš kokso ar anglies.

Iš viso tuometinėje Vokietijoje iki 1945 m. devynios gamyklos pagamindavo kasmet 600 000 t sintetinių degalų. Pagal licenciją buvo pastatytos ir veikė keturios gamyklos Japonijoje ir viena Prancūzijoje.

Po karo Fišerio-Tropšo sintezė prarado savo reikšmę, nes išaugo pigios naftos ir gamtinių dujų gavyba. Tik Pietų Afrikos respublikoje dėl politinių ir ekonominių aplinkybių ši technologija buvo tobulinama toliau. Ten kaip žaliava taip pat buvo naudojama anglis. Šios įmonės veikia ir šiandien ir yra papildytos įranga, gaminančia skystus degalus iš gamtinių dujų. Šiuo metu dvi Pietų Afrikos koncerno "Sasol" įmonės per metus perdirba 45 mln. t anglies ir pagamina maždaug 28 proc. šaliai reikalingo dyzelino ir benzino. Degalų gamybos iš anglies idėjos šiandien vėl atgimsta, tokias gamyklas planuoja statyti šalys, kuriose yra didelės akmens anglies atsargos: JAV, Kinija ir kitos.

Fišerio-Tropšo sintezėje vandenilis ir anglies dioksidas reaguoja tol, kol susidaro ilgą grandinę turintys angliavandeniliai. Reakcija vyksta x-kartų. Susidaro tiesi -CH2- komponentų grandinė. Pavyzdžiui, jei grandinę sudaro 16 CH2 komponentų, gaunamas angliavandenilis n-heksadekanas, geriau žinomas kaip cetanas - labai svarbi dyzelino sudedamoji dalis.

GtL - sintetiniai degalai iš gamtinių dujų

Sintezės dujos gali būti gaunamos ir iš kitų medžiagų. Jei kaip žaliava naudojamos gamtinės dujos, gaunami degalai, kurie pavadinti GtL degalais (angl. Gas to Liquid). GtL dyzeliną jau nuo 1993 m. Malaizijoje gamina "Schell" naftos koncernas. Jau šiandien ši technologija ekonomiškai naudinga. Šiuo metu "Schell" investuoja 5 milijardus JAV dolerių į didžiausios pasaulyje GtL gamyklos statybą Katare, kuri per metus gamins 6,5 mln. t. sintetinių degalų. Ji turi pradėti veikti 2009 m. ir iš pradžių gaminti apie 1,5 mln. t sintetinių dyzelinių degalų per metus.

Taip pat ir britų kompanija BP Artimuosiuose Rytuose stato panašią maždaug 1,5 mln. t per metus našumo įmonę. Naftos koncernai planuoja statyti ir daugiau tokių įmonių. Pradinis visų investicijų tikslas yra pakeisti apie 20 proc. mineralinio dyzelino GtL dyzelinu iki 2020 m. arba net anksčiau.

GtL gamybai pirmiausia siūlomi tokie gamtinių dujų telkiniai, kurie yra nuošaliose vietose ir tradiciniais metodais juos eksploatuoti ekonomiškai nenaudinga. Tiesiog gamybos vietoje gaminami GtL gali būti, priešingai nei dujos brangiais vamzdynais, iki vartotojo transportuojami cisternose. Taip, pvz., Nigerijoje "Chevron" ir "Sasol" koncernai stato GtL gamyklą, kuri per metus gamins 1,5 mln. t sintetinių degalų. Joje kaip žaliava bus naudojamos naftos gavybos metu išsiskiriančios dujos, kurios iki šiol sudeginamos fakeluose.

Gaunami sintetiniai degalai beveik 100 proc. susideda iš skystųjų alkanų (parafininių angliavandenilių), juose nėra sieros ar kitų mineralinių priemaišų ir aromatinių angliavandenilių (< 1 ppm). Todėl, naudojant šiuos degalus, galima labai sumažinti deginių dūmingumą (aromatiniai angliavandeniliai ir siera skatina suodžių susidarymą degimo metu). Didesnis sintetinių GtL degalų kiekis rinkoje planuojamas po 5-7 metų. Juos maišant su mineraliniais dyzeliniais degalais, bus galima pagerinti pastarųjų savybes, ypač cetaninį skaičių.

BtL - sintetiniai degalai iš biomasės

Sintetiniai degalai gali būti gaminami ir iš biomasės. Naudojamas lygiai toks pat sintezės procesas ir todėl gaunami tokie pat aukštos kokybės degalai. Tik kaip žaliava vietoj gamtinių dujų naudojama biomasė. Kadangi kaip pirminis energijos šaltinis naudojama biomasė, šis gamybos procesas vadinamas BtL (angl. Biomass to Liquid). Žaliava gali būti daugybė greitai augančių ir nereiklių augalų, taip pat bioatliekos, pvz., šiaudai arba medienos atliekos.

Viena iš BtL degalų gamybos pradininkių yra Vokietijos firma "Choren". Nuo 1998 m. Freiberge (Saksonija) veikia jos eksperimentinė BtL gamykla.

Choren Carbo-Vā biomasės dujinimo procesas vyksta trimis pakopomis. Iš pradžių biomasė susmulkinama, išdžiovinama ir presuojama į granules. Pirmoje proceso pakopoje biomasė iš dalies oksiduojama oru ar deguonimi, esant 400 ir 500° C temperatūroms, ir skaidoma į dervingąsias dujas (lakiosios komponentės ) bei kietąją anglį (biokoksą).

Antroje proceso pakopoje dervingosios dujos degimo kameroje virš degalų pelenų lydymosi temperatūros toliau oksiduojamos oru arba deguonimi iki karštų dujinimo produktų.

Trečioje proceso pakopoje į šiuos karštus dujinimo produktus įpučiamas iki degiųjų dulkių sumaltas biokoksas. Degiosios biokokso dulkės ir dujinimo produktai reaguoja endotermiškai iki sintezės dujų. Šios po atitinkamo paruošimo gali būti naudojamos kaip degiosios dujos elektros energijos, garų ir šilumos gamybai arba kaip sintezės dujos degalų gamybai. Pastaruoju atveju sintezės dujos Fišerio-Tropšo sintezės būdu paverčiamos skystaisiais degalais.

Šiuo metu "Daimler-Chrysler" ir "Volkswagen" koncernai kartu sėkmingai bando "Choren" firmos gaminamus dyzelinius degalus iš biomasės. "Volkswagen" šiuos degalus vadina SunDiesel (saulės dyzelinas), o "Daimler-Chrysler" koncernas - Biotrol (sudurtinis žodis iš "biomass" ir "petrol"). Bandymų rezultatai rodo, kad kenksmingiausių azoto oksidų (NOx) emisiją, naudojant BtL degalus, galima sumažinti daugiau kaip 30 proc., o angliavandenilių (CH) ir anglies monoksido (CO) - dar daugiau.

"Choren" savo SunDiesel kainą vertina maždaug 70 eurocentų už litrą. Toliau tobulinant gamybą ir plečiantis jos apimčiai, gamybos kaštus tikimasi sumažinti iki 50 eurocentų už litrą.

Per metus žemėje užaugančiuose augaluose susikaupia penkis kartus daugiau energijos, negu žmonija sunaudoja, t. y. egzistuoja milžiniškas atsarginis potencialas. Leipcigo energetikos ir aplinkos instituto atlikta studija rodo, kad Europoje būtų galima pagaminti iki 70 mln. t. BtL degalų. Tai sudarytų daugiau kaip penktadalį visų automobilių sunaudojamų degalų (dyzelino ir benzino, sunkvežimių ir lengvųjų automobilių) 30 Europos Sąjungos valstybių 2020 metais.

Biomasė kaip žaliava degalų gamybai teikia naujas perspektyvas žemės ūkiui. BtL degalų potencialas yra gerokai didesnis negu, pavyzdžiui, etanolio arba biodyzelino (RME - rapsų aliejaus metilo esterio). Gaminant biodyzeliną, panaudojamas tik sėklų aliejus. BtL degalai, priešingai, gaminami iš viso augalo. Be to, jiems gaminti tinka daug greitai augančių augalų, taigi išvengiama monokultūrų. Degalų gamybai gali būti panaudojamos netgi bioatliekos, tai "saulės degalų" potencialą padidina iki septynių kartų, palyginti su biodyzelinu. Pagaminti 1 litrą BtL reikia maždaug 4 kg biomasės. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, iš hektaro ariamos žemės galima gauti 4 000 l degalų.

Techniškai SunDiesel taip pat pranašesni už biodyzeliną. Biodyzelino savybės labai skiriasi nuo mineralinio dyzelino, ir jis gali būti naudojamas tik atlikus dyzelinio variklio techninius pakeitimus. Įsigaliojus EURO 4 deginių toksiškumo normoms, dauguma automobilių gamintojų nebeleidžia naudoti gryno biodyzelino, pirmiausia tokiems varikliams, kuriuose vietoj tradicinių degalų įpurškimo siurblių naudojamos common rail degalų įpurškimo sistemos ar siurbliai-purkštuvai. SunDiesel tuo tarpu gali naudoti visi automobiliai. BtL degalų gamybos procesas tinka visų svarbiausių degalų gamybai: benzino, dyzelino ir netgi žibalo lėktuvams.

2007 m. turi pradėti veikti pirmoji pasaulyje "Choren industries" komercinė BtL gamybos įmonė, kuri per metus pagamins 16,5 mln. l degalų. Planuojama, kad 2015 m. BtL pakeis maždaug 1,5 proc. mineralinių degalų. BtL degalai pirmiausia bus maišomi į įprastinius mineralinius dyzelinius degalus.