Is de toekomst synthetisch? E-brandstoffen en het toekomstige energiesysteem

Is de toekomst synthetisch? E-brandstoffen en het toekomstige energiesysteem

Ik heb al eerder gesproken over de uitdagingen van het vinden van een energiebron voor industrieën die een bron van geconcentreerde energie nodig hebben, zoalsde luchtvaart of zelfs de ruimtevaart. In mijn discussie benadrukte ik de uitdagingen die batterijen en waterstof hebben met energiedichtheid en stelde ik zelfs ammoniak voorals mogelijk alternatief. Er is één prikkelend vooruitzicht dat ik nog niet heb behandeld... synthetische brandstoffen.

Het uitgangspunt vansynthetische brandstoffen is dat een vloeibare koolwaterstof kan worden gevormd uit biomassa of uit waterstof dat reageert met kooldioxide. Momenteel zijn alternatieve vloeibare brandstoffen over het algemeen biomassaderivaten - het zijn echter de brandstoffen die gemaakt zijn van pure waterstof, e-brandstoffen genaamd, die een opwindend vooruitzicht bieden voor het ontkolen van sectoren die een energiebron met een hoge dichtheid nodig hebben.

In deenergievooruitzichtenvan BPvoor2019wordtde wereldwijde jaarlijkse vraag naar transportbrandstoffengeraamd opiets minder dan 2000 miljoen ton in 2035..... Een geleidelijke stijging ten opzichte van de 1500 miljoen ton die nu wordt verbruikt. Het leeuwendeel wordt ingenomen door vrachtwagens en ongeveer een derde door de luchtvaart en het zeevervoer. Vrachtwagens, de scheepvaart en de luchtvaart vormen de grootste uitdaging voor het ontkolen van de economie - aangezien er momenteel geen schaalbaar groen alternatief bestaat, voornamelijk vanwege de energiedichtheid van de alternatieve energiebronnen die momenteel beschikbaar zijn. Het is deze uitdaging op het gebied van energiedichtheid die een potentieel opwindende oplossing biedt voor e-brandstoffen.

Hoe worden e-brandstoffen gemaakt?

Om e-brandstoffen te maken heb je veel pure waterstof en koolmonoxide nodig. Koolmonoxide wordt gemaakt door het passeren van Kooldioxide door de opwindende 'reverse water gas shift' reactie die gebruik maakt van elektriciteit om de Koolstofdioxide moleculen te splitsen. Er zijn genoeg bronnen van kooldioxide, zoals het verbranden van methaan, kolen of zelfs biomassa. Het voordeel van het gebruik van die kooldioxide in dit proces is dat het niet in de atmosfeer terechtkomt of wordt vastgelegd.

Dewaterstof, die in grote hoeveelheden nodig is, zou duurder te vinden zijn. In een door waterstof aangedreven wereld is het vooruitzicht van een overvloed aan 'groene' waterstof die door middel van elektrolyse uit de wind op zee wordt geproduceerd, echter de meest hoopvolle bron. Als alternatief zou zowel de waterstof als het kooldioxide kunnen worden verkregen uit methaan dat met stoom wordt gestraald. Waar de waterstof ook vandaan komt, het is waarschijnlijk zeer energie-intensief!

Het laatste e-brandstofproces heet FischerTropsch. Het proces heeft een katalysator nodig zoals kobalt, ruthenium of ijzer. De grondstof van zuivere waterstof en koolmonoxide wordt met de katalysator in een kamer onder druk gereageerd - de output is pure vloeibare koolwaterstof. Dit proces genereert veel warmte, dus het vinden van een thuis voor die warmte is belangrijk! Het is deze warmteontwikkeling die het proces vrij inefficiënt maakt, omdat veel van de beschikbare energie in de waterstofmoleculen verloren gaat als warmte. Als deze warmte kan worden gebruikt, bijvoorbeeld in een industrieel proces of bijstadsverwarming, dan is er de mogelijkheid om het totale rendement van het systeem te verbeteren.

Zullen e-brandstoffen in de toekomst een rol spelen?

Studies zoals die van de RoyalSociety hebben de kosten tegen 2050 op ongeveer anderhalf euro per liter geschat. Maar met het prijskaartje van vier euro vijftig per liter worden ze nu echt uit de markt geprijsd!

In het geval dat de wetgeving vrachtwagens, de luchtvaart en de zeevaart naar nul koolstof duwt, denk ik dat synthetische e-brandstoffen waarschijnlijk uit een deel van het verhaal zullen komen. In hoeverre zal afhangen van de diepte van de ontkoling en hoe concurrerende technologieën de grens van de energiedichtheid kunnen verleggen. Bovendien zal het menselijk gedrag van invloed zijn op de vraag naar toepassingen die een hoge energiedichtheid vereisen - kan het wegvervoer worden overgeheveld naar geëlektrificeerde spoorwegen? Zullen er minder lange afstanden worden afgelegd? Bijvoorbeeld.

Tot slot moet worden opgemerkt dat de katalysatoren die daarbij worden gebruikt, moeilijk te vinden zijn en hun eigen uitdagingen met zich meebrengen. Met name de kobaltmijnbouw heeft een aantal belangrijkeethische overwegingen, evenals nikkel, waarvan het ruthenium een bijproduct is. Het lijkt erop dat, net als bij de batterijtechnologie, alle wegen moeten worden nagedacht om duurzaam te zijn en niet alleen maar koolstofarm.

John is auteur van het boek 'The Future of Energy' dat verkrijgbaar is bij Amazon. UK, VS,

Foto's met dank aan Unsplash.