Paliwa syntetyczne mają szansę zostać alternatywą dla samochodów elektrycznych po 2035 roku ze względu na możliwość uzyskania neutralnego bilansu emisji CO2. Coraz częściej pojawiają się jednak głosy mówiące, że produkcja tego typu paliw jest nieekonomiczna i bezsensowna. Czy e-paliwa mają szansę zdobyć rynek?

Czy są paliwa syntetyczne (e-paliwa)?

Paliwa syntetyczne (Synfuels) to paliwa gazowe lub ciekłe, które mogą być wytwarzane przy użyciu energii elektrycznej. Mogą też być określane jako paliwa typu power-to-X (PtX), power-to-liquid (PtL) lub power-to-gas (PtG). Czasami używa się zamiennie terminu Powerfuels. Na poziomie Unii Europejskiej (UE) są definiowane jako paliwa odnawialne pochodzenia niebiologicznego (RFNBO). Innymi słowy, produkowane z energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych (głównie słonecznych i wiatrowych). Na początku 2023 roku Komisja Europejska wydała przepisy dotyczące produkcji RFNBO jako uzupełnienie dyrektywy w sprawie odnawialnych źródeł energii (RED II). Zgodnie z tymi rozporządzeniami energia jądrowa nadal nie jest uznawana za odnawialną, ale zdaniem niektórych państw członkowskich UE, powinna w przyszłości odgrywać zdecydowaną rolę w produkcji paliw syntetycznych. Kwestia ta jest nadal przedmiotem negocjacji.

Dlaczego produkcja e-paliw jest tak energochłonna?

Wytwarzanie nafty, oleju napędowego i benzyny jako paliwa syntetycznego zazwyczaj opiera się na znanym od stulecia procesie Fischera-Tropscha. W metodzie tej długie łańcuchy węglowodorowe powstają z gazu syntezowego – mieszaniny wodoru (H) i tlenku węgla (CO) – a uzyskana w ten sposób „e-ropa naftowa” może być następnie rafinowana do paliw. Aby jednak zakwalifikować je jako „ekologiczne”, wodór musi być produkowany przy użyciu energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych zgodnych z dyrektywą RED II. Zazwyczaj odbywa się to za pomocą elektrolizy. Tlenek węgla musi pochodzić z dwutlenku węgla (CO₂) uprzednio wyekstrahowanego z powietrza atmosferycznego (bezpośrednie wychwytywanie z powietrza). Ostatnie badania wskazują, że cały ten proces – w tym odsalanie wody morskiej niezbędnej do produkcji wodoru – powoduje, że zawartość energii w e-ropie naftowej jest równoważna tylko w 1/3 lub nawet mniejszej od tej zużytej do jej wytworzenia. Późniejszy proces rafinacji wymaga jeszcze więcej energii. W rezultacie opcja ta jest uważana za wysoce energochłonną i nieekonomiczną w porównaniu z paliwami kopalnymi lub bezpośrednim wykorzystaniem energii elektrycznej w silnikach elektrycznych.

Gdzie paliwa syntetyczne mają szansę powodzenia?

Obecnie jednak paliwa syntetyczne produkowane przy użyciu procesu Fischera-Tropscha są jedynym sposobem na redukcję śladu węglowego podczas lotów długodystansowych, niemal do zera. Wraz z biogenicznymi zrównoważonymi paliwami lotniczymi (SAF), e-kerosen (rodzaj syntetycznego paliwa, odnoszący się do podkategorii e-paliw odpowiednich dla lotnictwa) jest dziś postrzegany jako światełko w tunelu dla przemysłu lotniczego. A to dlatego, że produktem ubocznym procesu rafineryjnego, w którym powstaje e-kerosene jest odnawialny olej napędowy. Niektórzy uważają, że może to być przyszłość dla paliw syntetycznych przeznaczonych do transportu drogowego.
Nie będzie to jednak miało miejsca ani w perspektywie krótko-, ani średnioterminowej. Oczekuje się, że w Niemczech produkcja e-kerosene będzie stanowić 2% całkowitej produkcji w 2030 roku, czyli około 200 000 ton metrycznych rocznie. Proces ten wygenerowałby również około 100 000 ton metrycznych odnawialnego oleju napędowego. Odpowiada to jednak zaledwie 0,3% obecnego zużycia tego paliwa w Niemczech. Ze względu na ograniczoną dostępność i znacznie wyższe koszty, odnawialny olej napędowy będzie zatem wykorzystywany tylko w specjalnych zastosowaniach, w których nie ma technicznej i ekonomicznej alternatywy dla silnika wysokoprężnego lub jako domieszka do paliw kopalnych, podobnie jak dzisiejsze bioblendy w benzynie i oleju napędowym.
Paliwa syntetyczne są również poszukiwane w przemyśle morskim. Duże statki towarowe, które obecnie napędzane są ciężkim olejem, już wkrótce będą tankowane e-metanolem (CH₄O). Firma żeglugowa Maersk zamówiła już 19 takich statków. E-metanol jest produkowany w oddzielnym procesie, bezpośrednio z zielonego wodoru i CO₂. Oprócz branży żeglugowej, produkt ten jest poszukiwany głównie w przemyśle chemicznym. Dalsze przetwarzanie na olej napędowy, choć możliwe, to wiąże się również z wysokimi kosztami.
W perspektywie długoterminowej przemysł morski koncentruje się także na e-amoniaku (NH₃). Współczesne technologie silnikowe nie są jeszcze w pełni rozwinięte, a paliwo jest wysoce toksyczne, więc jego stosowanie ma sens tylko w dużych jednostkach pływających. Patrząc jednak w przyszłość, w nadchodzącej dekadzie, to właśnie paliwa syntetyczne mogą zastąpić e-metanol. Wynika to z faktu, że do produkcji e-amoniaku potrzebny jest zielony wodór, a nie CO2. Wykorzystanie w procesie azotu (N) pozyskanego z otaczającego powietrza, jest znacznie bardziej wydajne niż wychwytywanie cząsteczek CO2.
Paliwa syntetyczne są częścią zielonej gospodarki wodorowej, a tym samym technologią przyszłości, której społeczeństwo pilnie potrzebuje do transformacji w kierunku bezemisyjnych rozwiązań. Jednakże, są one produkowane w bardzo różnych procesach i potrzebne do różnorodnych celów – w szczególności do międzykontynentalnego transportu energii oraz dekarbonizacji żeglugi morskiej i lotnictwa. Aktualnie paliwa syntetyczne nie odgrywają znaczącej roli w europejskim ruchu drogowym.