O que é um sinfuel?

Esta usina de carvão para combustível líquido na África do Sul é a maior usina de combustíveis sintéticos do mundo. É também o maior emissor de dióxido de carbono do planeta. Per-Anders Pettersson / Getty Images

As discussões sobre independência energética, energia renovável e os perigos das emissões de carbono se tornaram uma grande parte do discurso político nos Estados Unidos. Todos, desde o presidente até o cara que segurava o cartaz de "sem guerra pelo petróleo" em um protesto público, parecem interessados ​​em encontrar alternativas para os combustíveis fósseis. Mas nem todos os substitutos são criados iguais. Alguns são melhores para o meio ambiente; alguns não são. Alguns são fontes renováveis ​​de energia; alguns não são. Combustíveis sintéticos, também conhecido como synfuels, são apenas uma das muitas soluções sobre a mesa para resolver a crise de energia em desenvolvimento.

Nesse caso, porém, o termo "sintético" pode ser enganoso. Isso não significa necessariamente que os combustíveis não sejam naturais ou artificiais. A Administração de Informação de Energia dos EUA define um combustível sintético como qualquer combustível "produzido a partir de carvão, gás natural ou biomassa matérias-primas por conversão química "[fonte: US Energy Information Administration]. Essa conversão cria substâncias que são quimicamente iguais ao petróleo bruto ou aos combustíveis processados, mas foram sintetizadas por meios artificiais. O petróleo bruto convencional ocorre naturalmente no meio ambiente e é usado para produzir uma variedade de combustíveis, como gasolina e diesel. As matérias-primas de combustível sintético, as matérias-primas usadas para fazer combustíveis sintéticos, têm de ser submetidas a intensas alterações químicas e físicas para serem usadas como petróleo bruto ou combustível processado.

A história dos combustíveis sintéticos remonta mais longe do que você possa imaginar, embora a pesquisa e o desenvolvimento tenham atingido seu pico nos últimos anos. Combustíveis sintéticos foram pesquisados ​​pela primeira vez na Alemanha em 1923, quando dois cientistas desenvolveram um processo chamado de Reação Fischer-Tropsch. O processo, que eles batizaram com seu nome, envolve a conversão de gás em combustíveis líquidos. Embora existam alternativas para o processo Fischer-Tropsch, é o método mais amplamente testado e amplamente utilizado para a criação de combustíveis sintéticos hoje.

Historicamente, os combustíveis sintéticos foram usados ​​extensivamente pela primeira vez para abastecer veículos militares na Alemanha da Segunda Guerra Mundial. As reservas limitadas de petróleo entre as potências do Eixo tornaram as opções sintéticas uma alternativa necessária [fonte: Becker]. Na década de 1970, os combustíveis sintéticos foram pesquisados ​​intensamente nos Estados Unidos em meio à escassez generalizada de petróleo. Essa pesquisa acabou caindo, mas viu outro pico recentemente, à medida que as preocupações com a independência energética e a sustentabilidade se tornaram importantes pontos de discussão política. Outros países usaram combustíveis sintéticos mais extensivamente. Por exemplo, na África do Sul, combustíveis sintéticos feitos de carvão e gás natural têm sido uma parte importante da economia do petróleo por 30 anos.

Para saber mais sobre os diferentes tipos de combustíveis sintéticos e como cada um é produzido, continue lendo.

As areias betuminosas contêm uma forma de petróleo que é extraída por meio de mineração a céu aberto. Veronique de Viguerie / Getty Images

Para entender como várias matérias-primas podem ser convertidas em combustíveis sintéticos líquidos, primeiro você precisa entender como funciona o combustível. O petróleo e produtos como a gasolina feita a partir do petróleo são constituídos por longas cadeias de moléculas orgânicas chamadas hidrocarbonetos (porque contêm hidrogênio e carbono). Quando esses hidrocarbonetos são queimados, eles se decompõem e liberam energia, que é usada para abastecer os motores de carros, caminhões, aviões, etc. A maior parte da matéria orgânica, incluindo petróleo, carvão, gás natural, resíduos de plantas e esgoto, contém hidrocarbonetos. Os motores de hoje foram projetados para funcionar com combustíveis derivados do petróleo, como a gasolina. Para que os combustíveis sintéticos funcionem nesses motores, seus hidrocarbonetos devem ser reestruturados para que se assemelhem aos hidrocarbonetos encontrados no petróleo e nos produtos derivados do petróleo.

Existem basicamente duas categorias de combustíveis sintéticos, óleos crus sintéticos (sincrude), e Líquidos Fischer-Tropsch.A primeira categoria inclui matérias-primas e processos que são usados ​​para produzir sincrude, ou óleo cru sintético. O petróleo bruto sintético pode ser usado para os mesmos fins que o petróleo bruto convencional. É usado como matéria-prima. Como o petróleo bruto convencional, o syncrude deve ser refinado e processado para fazer as várias formas de combustíveis comerciais à base de petróleo, como diesel, gasolina e querosene.

As três fontes mais populares de syncrude são óleo extra pesado, xisto de óleo e areias de óleo. Cada um desses materiais ocorre naturalmente como o óleo convencional, mas eles têm diferentes propriedades físicas e quantidades de impurezas. Por exemplo, o xisto betuminoso é uma rocha e as areias betuminosas são uma mistura de alcatrão de areia e a substância que contém óleo betume. Essas matérias-primas sincrudes são expostas a vários níveis de calor, pressão e manipulação física para produzir uma substância com o mesmo arranjo de hidrocarbonetos que o petróleo bruto de ocorrência natural.

O processamento de matérias-primas sincrudes tende a prejudicar o meio ambiente. Uma vez que requerem mais processamento do que o petróleo bruto, eles criam mais CO₂ emissões e outros poluentes [fonte: Departamento do Interior dos EUA]. Além disso, a coleta da matéria-prima frequentemente envolve práticas ambientais prejudiciais, como mineração a céu aberto. Uma vantagem dos combustíveis sincrudes como alternativa ao petróleo é que o mundo contém reservas substanciais inexploradas de petróleo extrapesado, xisto betuminoso e areias betuminosas. Claro, como o petróleo, esses recursos não são sustentáveis. Eles também vão acabar eventualmente.

Continue lendo para saber como os combustíveis sintéticos Fischer-Tropsch são produzidos.

O segundo tipo de combustíveis sintéticos, comumente referido como líquidos Fischer-Tropsch, usa matéria-prima que pode ser convertida diretamente em combustíveis líquidos comercialmente viáveis, essencialmente pulando a etapa de sincrude. As matérias-primas mais comuns usadas para produzir combustíveis sintéticos Fischer-Tropsch incluem gás natural, carvão e biomassa (plantas e resíduos de plantas). Na síntese F-T, a matéria-prima é submetida a um calor muito alto - 1.900 graus Fahrenheit (1.037,7 graus Celsius) ou superior - e pressão para produzir uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio chamada gás de síntese (ou gás de síntese) [fonte: Van Bibber]. Esta etapa do processo torna os combustíveis líquidos Fischer-Tropsch muito mais limpos do que os combustíveis produzidos a partir de petróleo bruto ou sincrude. Impurezas como metais pesados ​​podem ser facilmente removidas do gaseificador depois que o gás de síntese é filtrado. Gases como carbono e enxofre podem ser filtrados para que não se tornem poluentes quando o combustível queima.

Em seguida, o gás de síntese é condensado na forma líquida. Novamente colocado sob alta temperatura e pressão, um catalisador é introduzido no processo, geralmente um composto contendo ferro ou cobalto. O catalisador desencadeia uma reação química entre o hidrogênio e o monóxido de carbono, criando longas cadeias de hidrocarbonetos. Diferentes catalisadores podem produzir diferentes estruturas de hidrocarbonetos. Esses hidrocarbonetos são então resfriados e condensados ​​na forma líquida e filtrados. Junto com as formas sintéticas de óleo diesel ou gasolina, a síntese Fischer-Tropsch pode produzir lubrificantes industriais, querosene e outros produtos.

Comparados aos produtos syncrude, os líquidos Fischer-Tropsch queimam de forma muito mais limpa. Esses combustíveis sintéticos quase não têm emissões de particulados, contêm menos óxido de nitrogênio do que os combustíveis tradicionais e menos emissões de monóxido de carbono [fonte: Agência de Proteção Ambiental dos EUA]. Claro, esses combustíveis sintéticos que usam recursos renováveis ​​como matéria-prima (como a biomassa) são melhores para o meio ambiente a longo prazo do que aqueles que usam combustíveis fósseis como matéria-prima.

O governo dos EUA tem grande interesse em combustíveis sintéticos, uma vez que tem acesso abundante a matérias-primas como carvão, gás natural e resíduos de plantas. Levando em consideração apenas uma variedade de combustível sintético, há uma estimativa de 1,3 gigatonelada de biomassa não utilizada dentro dos Estados Unidos que poderia ser usada para produzir combustíveis sintéticos [fonte: Coal-to-Liquids Coalition]. Portanto, os militares dos EUA e outras agências governamentais têm pressionado para pesquisar combustíveis sintéticos nos últimos anos. Outros países como China e Alemanha também fizeram investimentos recentes na exploração de tecnologia de combustível sintético [Fonte: U.S. Energy Information Administration]. Embora a tecnologia de combustível sintético seja promissora, sua produção custa muito mais do que a gasolina a partir do petróleo. Portanto, provavelmente não substituirá o petróleo, a menos que os preços do petróleo aumentem dramaticamente.

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Mais ótimos links

• Notícias do Coal-to-Liquids
• Notícias de biomassa para líquidos
• Notícias de gás para líquidos
• Artigos do Laboratório Nacional de Energia Renovável
• Arquivo Fischer-Tropsch
• Departamento de Energia dos EUA, Data Center de Combustíveis Alternativos

Fontes

• Becker, Peter W. "O Papel do Combustível Sintético na Segunda Guerra Mundial na Alemanha. Implicações para Hoje?" Revisão da Air University. Julho-agosto de 1981. (10 de dezembro de 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Coalition Coal to Liquids. "Processo de Produção de Combustíveis Sintéticos." (10 de dezembro de 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Gabinete do Governador de Montana. "Perguntas frequentes sobre combustível sintético." (10 de dezembro de 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
• Schubert, Paul. "Desenvolvimento do Processo Fischer-Tropsch Moderno." Arquivo Fischer-Tropsch. 29 de agosto de 2001. (10 de dezembro de 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Speight, James G. "Synthetic Fuels Handbook." McGraw-Hill. 2008.
• Synthetic Fuels Corporation. "Produção de combustível sintético". (10 de dezembro de 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Departamento de Energia dos Estados Unidos. "O processo Fischer-Tropsch." Data Center de Combustíveis Alternativos e Veículos Avançados. (10 de dezembro de 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• Escritório de Energia Fóssil do Departamento de Energia dos Estados Unidos, Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia. "Combustíveis Fischer-Tropsch". Abril de 2008. (10 de dezembro de 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• * Departamento do Interior dos Estados Unidos, Bureau of Land Management. "Sobre o óleo de xisto." Declaração de impacto ambiental programático de xisto betuminoso e areias betuminosas. (10 de dezembro de 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• * Departamento do Interior dos Estados Unidos, Bureau of Land Management. "Sobre Tar Sands." Declaração de impacto ambiental programático de xisto betuminoso e areias betuminosas. (10 de dezembro de 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• Administração de informações de energia dos Estados Unidos. "Annual Energy Outlook 2006: Issues in Focus." 14 de fevereiro de 2006. (10 de dezembro de 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos. "Combustíveis alternativos limpos: Fischer-Tropsch." Março de 2002. (10 de dezembro de 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Van Bibber, Lawrence. "Avaliação técnica e econômica de base de uma instalação de líquidos Fischer-Tropsch em escala comercial." Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia, Departamento de Energia dos EUA. 9 de abril de 2007. (10 de dezembro de 2010) http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commercial%20S.pdf