Sintetična ali e-goriva - Vmesna stopnja ali dolgoročna rešitev za naš planet?

V želji po zmanjšanju odvisnosti od fosilnih goriv trenutno glavno alternativo nafti predstavlja elektrika. Pa bo pri tem ostalo? V ozadju namreč že nekaj časa poteka razvoj novega vira energije, ki bi z uporabo obstoječih pogonskih tehnologij (torej motorjev z notranjim zgorevanjem) lahko hitro zavrl rast količine CO2, ob popularizaciji pa celo pomagal k hitremu zmanjšanju koncentracije CO2.

Naslovna (foto: Carbon Engineering) Carbon Engineering
23. 10. 2020

Številne evropske države so se v zadnjih letih zavezale k tem, da bodo v prihodnjih letih oziroma do leta 2030 zmanjšale količino izpušnih plinov, ki jih v ozračje izpuščajo novi avtomobili. Konkretno, in to velja tudi za Slovenijo, naj bi novi avtomobil, prodani po letu 2030 v zrak lahko izpustili do največ 50 gramov CO2 na prevožen kilometer. Številka, ki je za današnje avtomobile s klasičnim pogonom nedosegljiva.

Številni avtomobilski proizvajalci, pa tudi politiki, strokovnjaki in ne nazadnje zanesenjaki kot rešitev te težave ali bolje rečeno izziva iščejo v postopni elektrifikaciji. Tako naj bi v prihodnjih letih na cestah videvali vse več hibridov in električnih avtomobilov, po letu 2050 pa naj bi slednji večinoma predstavljali edino možnost, ko se bodo posamezniki odločali za nakup novih vozil.

Elektrika torej v očeh večine velja za energent prihodnosti, vendar pa bo treba, da se bo to res uresničilo, postoriti marsikaj, saj trenutna količina elektrike, ki jo pridelamo po svetu, še zdaleč ne bo zadostovala za potrebe v prihodnosti. Hkrati je predvsem nerazviti svet za zdaj še precej oddaljen celo od teoretične možnosti uporabe električnih avtomobilov. Ob tem je pričakovati, da se bo elektrika zaradi večje količine električnih avtomobilov tudi občutno podražila.

Druga možnost, ki se dandanes najpogosteje omenja kot alternativa električnim avtomobilom, hkrati pa vsaj za zdaj ponuja nekatere prednosti, kot je recimo hitrejše polnjenje, je vodik oziroma gorivne celice. Tisti redki avtomobili, ki energijo v obliki elektrike že črpajo iz gorivnih celic, hkrati ponujajo doseg, ki je že primerljiv z avtomobili oziroma motorji z notranjim zgorevanjem, vendar pa je vodik, čeprav okolju povsem neškodljiv, precej dražji od bencina ali dizla.

Kaj pa, če bi v prihodnosti, tudi po letu 2030 ali celo 2050, uporabljali avtomobile (izključno) z motorji z notranjim zgorevanjem? Ideja se morda zdi neverjetna, da ne rečem utopična, saj se proizvajalci že leta in leta trudijo, da bi zmanjšali njihove izpuste in povečali izkoristek, ki pri najbolj učinkovitih motorjih (konkretno pri Toyoti) znaša 40 odstotkov, a statistika kaže, da ti tudi zaradi vse večjih in težjih avtomobilov celo rastejo.

Kljub temu pa so na vidiku nove rešitve, s pomočjo katerih bi se naposled lahko učinkovito soočili s to težavo. Številna podjetja po svetu namreč že nekaj let razvijajo sintetična goriva, s katerimi bi nadomestili danes najbolj razširjena fosilna goriva.

Dejstvi sta naslednji: fosilna goriva so velik vir CO2 in drugih plinov, ki pomagajo h globalnemu segrevanju in zastrupljanju ozračja, ki pa jih bo slej kot prej zmanjkalo – kdaj se bo to zgodilo, pa je seveda nemogoče napovedati. Vseeno pa obstaja možnost, da se motorjem z notranjim zgorevanjem še ne bo treba odpovedati.

Ne nazadnje je avtomobilski sektor le eden izmed sektorjev na področju transporta. Tu sta namreč še letalski in ladijski promet, kjer so potrebe po fosilnih gorivih še veliko večje. Nove rešitve v obliki sintetičnih goriv bi medtem pomenile, da bi tudi v prihodnosti še naprej lahko uporabljali povsem enake avtomobile, enako tehnologijo, kot jo poznamo že danes, zamenjali bi namreč zgolj pogonsko sredstvo.

CO2 – stari sovražnik, novi prijatelj

»Sintetična goriva lahko avtomobile, ki jih poganjata bencin in dizel, naredijo ogljično nevtralne.« To so besede Volkmarja Dennerja, generalnega direktorja tehnološkega giganta Bosch. V omenjenem podjetju se namreč zavedajo, da so potrebne korenite spremembe. Takšne, ki ne zajemajo le kopenskega prometa. Tudi če bi že v prihodnjih letih povsem ukinili avtomobile z motorji z notranjim zgorevanjem in jih nadomestili z električnimi avtomobili, bomo kot družba le malo naredili za dosego cilja, to je preprečitve dviga temperature zraka za več kot 1,5 stopinje Celzija, kaj šele, da bi obstoječo temperaturo obdržali na trenutni ravni oziroma jo znižali.

Letalski in ladijski promet (pa tudi tovorna vozila) namreč pripomoreta k še precej večjim količinam izpustov, ki so hkrati tudi bistveno bolj umazani. Pri Boschu tako ocenjujejo, da bi z uporabo sintetičnih goriv lahko do leta 2050 v zrak izpustili 2,8 milijarde ton CO2 manj kot z uporabo fosilnih. Za primerjavo: v Sloveniji je leta 2017 iz vseh virov, tudi termoelektraren, domačih tovornjakov in tako naprej, v zrak izpuhtelo 15,6 milijona ton CO2.

Seveda pa se najprej postavi vprašanje: glede na to, da običajna goriva ob svojem zgorevanju povzročajo škodljive izpuste, kako je potem mogoče umetno izdelati gorivo, ki bo na eni strani brez večjih prilagoditev v motorjih z notranjim zgorevanjem nadomestilo bencin ali dizel, na drugi pa ne bo imelo nikakršnih škodljivih vplivov na okolje?

Odgovor se skriva v zgradbi fosilnih goriv. Tako bencin kot dizel sta namreč v osnovi izdelana iz atomov ogljika in vodika, pri čemer prvega v izobilju najdemo prav v ogljikovem dioksidu, drugi, vodik, pa je poleg kisika osnovni gradnik atomov vode. Ogljikov dioksid tako po tej logiki namesto 'sovražnika' postane surovina, glavna sestavina za izdelavo sintetičnih goriv. Ta namreč nastanejo tako, da v laboratoriju vodo ločijo na kisik in vodik, slednjega pa nato zmešajo z ogljikom, pridobljenim bodisi med različnimi industrijskimi procesi ali pa kar s pomočjo filtriranja zraka, bogatega s CO2.

Ob tem lahko v laboratoriju poljubno prilagajajo kemijsko sestavo goriva in tako določijo, ali bo nastal bencin, dizel ali celo kerozin. A kar je najpomembneje – sintetična goriva nastajajo iz povsem obnovljivih virov! To pomeni, da na eni strani ni bojazni, da bi jih nekega dne zmanjkalo, na drugi strani pa ob proizvodnji surovin okolje ne trpi, saj recimo ni potrebe po naftnih ploščadih, iskanju vrtin, zahtevnih in energetsko dragih vrtanjih. Povedano na kratko, sintetična goriva so okoljsko nevtralna.

Proces v praksi težko izvedljiv, a mogoč

Za začetek je torej treba poskrbeti za učinkovit način, kako iz zraka izločiti CO2. Naloga je na prvi pogled povsem enostavna, a je resnica dokaj zahtevna. Med bolj obetavnimi projekti je ideja, ki jo je podprl profesor harvardske univerze David Keith in se imenuje Carbon Engineering. Gre za projekt, ki je začel nastajati že leta 2009, najvidnejši rezultat pa je prototip naprave z imenom Direct Air Capture. Gre za napravo, ki so jo prvič zagnali leta 2015, prvič pa jim je z njo dve leti pozneje iz zraka uspelo izločiti CO2.

Naloga naprave Direct Air Capture je zajemati velike količine zraka, iz njega izločiti CO2 oziroma ogljikov dioksid, ga prečistiti, nato pa združiti s čistim vodikom ter tako ustvariti gorivo z nizko vsebnostjo ogljika, kakršna sta recimo bencin ali dizel.

Sintetična ali biogoriva: razlika je velika
Tudi pri Fiatu so pred časom začeli razvijati goriva, ki bi manj onesnaževala okolje s CO2. V sodelovanju z energetskim koncernom ENI so namreč začeli razvijati novo biogorivo, ki bo poleg klasičnega bencina vsebovalo tudi 15 odstotkov metanola in pet odstotkov bioetanola. Vseeno pa omenjena rešitev nima kaj dosti skupnega z e-gorivi, pri katerih je poudarek tudi na tem, da njihova proizvodnja nikakor ne posega v sektor prehrane oziroma da niso izdelana iz surovin, kot je na primer sladkorni trs, iz katerih bi lahko proizvajali živila.

Z omenjeno napravo in na zgoraj opisan način je mogoče pridobiti eno tono CO2 za približno 100 ameriških dolarjev, ena naprava, kakršna trenutno stoji v mestu Squamish v Britanski Kolumbiji, pa bi na leto lahko iz zraka izločila približno milijon ton CO2. Ocenjeni strošek izdelave sintetičnega goriva na ta način bi se tako gibal okrog štirih dolarjev na galono ali nekaj več kot 90 evrskih centov na liter – kar pa je seveda precej več, kolikor znaša strošek izdelave litra bencina oziroma nafte. Ob tem je seveda treba upoštevati, da gre še vedno za relativno mlad projekt, z nadaljnjim razvojem in vplivom ekonomije pa bi bilo to ceno zagotovo mogoče še nekoliko znižati.

Poleg CO2 pa je seveda treba poskrbeti tudi za vodik, pridobljen iz vode. Zanj poskrbijo s pomočjo elektrolize vode, za kar pa je potrebna precejšnja količina električne energije. Vir te sicer nima vpliva na proces, zaradi česar je vodik mogoče dobiti s pomočjo elektrike, pridobljene s pomočjo vetra, sonca ali katerega drugega obnovljivega vira – kar je ne nazadnje tudi nujno potrebno, saj le tako lahko upravičimo njihovo proizvodnjo.

Postopek izdelave e-goriv
Proces izdelave e-goriv poteka v štirih korakih. V prvem koraku je treba (iz obnovljivih virov) pridobiti električno energijo. Nato sledi elektroliza, postopek, pri katerem se pri 700 stopinjah Celzija iz vode izloči kisik, ki nato odide v ozračje, preostali vodik pa gre v reaktor, kjer sledi reakcija z ogljikovim dioksidom, pridobljenim iz ozračja. V reaktorju nato nastane nafti podobna snov, ki jo pozneje prilagodijo za uporabo v motorjih s pogonom na bencin, dizel oziroma zemeljski plin.

Da gre pri sintetičnih za idejo, ki bi lahko imela v prihodnosti velik potencial, se strinja tudi avtomobilska industrija. Tako pri ADAC-u (Nemška avtomobilistična zveza) kakor tudi pri krovni organizaciji nemške avtomobilske industrije VDA namreč menijo, da so ob aktualnih trendih cilji o zmanjšanju izpustov CO2, ki naj bi jih evropske države dosegle do leta 2030, preveč optimistični. Nekatere napovedi kažejo na to, da tudi desetkratno povečanje števila elektrificiranih vozil na cestah ne bi zadostovalo za dosego omenjenih ciljev.

Pri ADAC-u tako na dolgi rok rešitev vidijo prav v uvajanju sintetičnih goriv in pa vodika kot dveh izmed glavnih alternativ fosilnim gorivom v prihodnosti. "Na nemških cestah je še vedno prisotnih več milijonov vozil, ki jih poganjajo fosilna goriva in imajo pred seboj še dolgo življenjsko dobo. Če želimo doseči zastavljene načrte, moramo brez dvoma poskrbeti tudi za ta vozila,“ je dejal ADAC-ov tehnični direktor Karsten Schulze.

Pri VDA na drugi strani dodajajo, da bi sintetična goriva oziroma e-goriva v prihodnje, gledano dolgoročno, postala ena izmed najbolj razširjenih opcij. Še več, študija Nemške agencije za energijo, opravljena prav na pobudo VDA, je pokazala, da bi v Evropi e-goriva, kot je drugo ime za sintetična goriva, lahko zadostovala kar 70 odstotkom vseh potreb tako zračnega kakor tudi cestnega in ladijskega prometa.

Kaj pa avtomobilski proizvajalci menijo o e-gorivih? Mnenja se za zdaj še močno delijo. Pri McLarnu, kjer se zadnje čase vse bolj posvečajo elektrifikaciji svojih vozil – a se zdi, da še vedno s precejšnjo mero previdnosti – menijo, da bi sintetična goriva lahko pomenila rešitev za obstoj klasičnih motorjev z notranjim zgorevanjem.

Pri nekdaj partnerskem podjetju, znamki Mercedes-Benz, na drugi strani nad tovrstnimi rešitvami niso pretirano navdušeni. Kot je spomladi za britanske medije pojasnil vodja raziskav in razvoja v podjetju Markus Schafer, vidi potencial e-goriv predvsem na področju letalske industrije, a hkrati v prihodnjem desetletju na tem področju ne vidi možnosti za napredek. Še več, meni, da je uporaba energije za izdelavo goriva celo kontraproduktivna.

Pri matičnem podjetju Daimler so nekoliko bolj prizanesljivi. Še vedno namreč dajejo prednost elektriki kot pogonu prihodnosti, a hkrati dopuščajo možnost, da bi v prihodnosti lahko začeli raziskovati in preučevati alternativne možnosti.

Že več kot pet let pa je na področju razvoja sintetičnih goriv dejaven tudi Audi, ki je bil eden od pionirjev na tem področju. Aprila 2015, še pred izbruhom afere dieselgate, ki je dala velik zagon razvoju električnih avtomobilov, so namreč v razvojnem centru v Dresdnu izdelali prvi vzorec e-dizla, narejenega iz CO2, vode in pa elektrike. Ogljikov dioksid so sicer pridobili iz proizvodnega obrata, namenjenega proizvodnji bioplina, postopek pa je precej podoben tistemu, ki ga uporabljajo pri projektu Direct Air Capture.

Pri Audiju so ob tem ugotovili, da je proces proizvodnje e-dizla kar 70-odstotno učinkovit in gre tako posledično le manjši delež vložene energije v nič, prvih pet litrov goriva pa je bilo tedaj že uspešno uporabljenih v avtomobilu, in sicer Audiju A8 3.0 TDI.

Avtomobilskemu proizvajalcu iz Inglostadta je od tedaj uspelo razviti tudi laboratorijski ekvivalent zemeljskemu plinu in bencinu, vendar pa v zadnjem obdobju na tem področju niso več tako aktivni, kot so bili pred leti. So pa zato pobudo v koncernu prevzeli pri Porscheju, kjer je Michael Steiner na začetku septembra izrazil željo, da bi v prihodnjih letih začel razvijati in izdelovati e-goriva. Saj verjame, da bi v prihodnjih letih lahko predstavljali alternativo e-mobilnosti. Njegov argument je enak kot pri večini zagovornikov tehnologije, in sicer ta, da bodo avtomobili z motorji z notranjim zgorevanjem še dolgo prevladovali v sektorju osebnih vozil.

Popularizacija v motošportu

Pri Porscheju namreč nameravajo do leta 2025 doseči, da bodo polovico prodanih avtomobilov predstavljali elektrificirani avtomobili. Seveda pa to pomeni, da bo polovico prodanih avtomobilov poganjal izključno bencin, velik del elektrificiranih vozil pa bo opremljenih s hibridnimi pogonskimi sklopi, kar še vedno pomeni določeno stopnjo potreb po bencinu. Hkrati Steiner ne želi zapostaviti lastnikov obstoječih vozil, saj se zaveda, da številna vozila znamke Porsche dosežejo zavidljivo starost, preden naposled romajo na odpad – če sploh.

Morda pa bo pri dokončnem preboju e-goriv na trgu pomembno vlogo odigrala formula 1. Organizatorji tekmovanja se namreč že dlje časa zavzemajo za to, da bi tekmovanje imelo čim manjši vpliv na okolico. Ekipe tako že danes uporabljajo biogoriva, pri čemer je delež bio komponentne za zdaj (šele) 5,75-odstoten, že v prihodnjem letu pa se bo to spremenilo. Pravilnik za sezono 2021 namreč narekuje, da mora biti ta delež 10-odstoten, sčasoma pa naj bi postal 100-odstoten, kar pomeni, da v mešanici ne bo več fosilnih goriv.

Do leta 2030 naj bi namreč serija postala ogljično nevtralna, vseeno pa za dosego tega cilja, kot pojasnjuje tehnični direktor tekmovanja, Pat Symonds, ne želijo narediti prehoda na električne pogonske sklope. Namesto tega si želijo prehoda na sintetična goriva in pri tem morebiti postati vzor drugim serijam ali celo avtomobilski industriji. Če bi jim to uspelo in bi sintetična goriva zaživela tudi v praksi, bi to pomenilo tudi, da ekipam ne bi bilo več treba varčevati z gorivom, kar bi posledično znova odprla vrata večjim in zmogljivejšim pogonskim sklopom – nekaj, česar si navdušenci nad serijo želijo že dlje časa.

Novi pogonski sklopi naj bi sicer tudi v prihodnje ostali hibridizirani, pri čemer pa bi namesto štiritaktnih začeli uporabljati dvotaktne bencinske motorje.

Verjetno bo preteklo še precej časa, preden bodo sintetična goriva zaživela v praksi, morda pa se to niti ne bo zgodilo. Velik vpliv na to imajo nedvomno naftni lobiji, prav slednji bi ob krčenju zalog nafte po svetu sčasoma sprožili prehod s fosilnih goriv na e-goriva ter se tako postavili po robu zagovornikom električnih avtomobilov, za katere se trenutno zdi, da bodo v prihodnjih desetletjih počasi, a zagotovo zamenjali avtomobile s klasičnimi motorji z notranjim zgorevanjem.

Ali jim bo to uspelo ali pa bo uporaba (če bo sploh zaživela) e-goriv omejena le za potrebe (najverjetneje premožnejših) avtomobilskih navdušencev, ki se ne bodo želeli odroči zvoku mehanskega motorja, pa bo seveda pokazal čas.

Članek je na voljo tudi v tiskani izdaji revije Avto-magazin, ki je v prodaji od 08. 10. 2020.