Pomohou k ochraně klimatu?

Asociace FuelsEurope představila v polovině června strategii pro kompletní dekarbonizaci pohonných hmot v dopravě do roku 2050, a to v souvislosti s plánem na dosažení klimatické neutrality EU do roku 2050, tzv. New Green Deal. Strategický plán přisuzuje zásadní význam nízkouhlíkovým kapalným palivům, konkrétně syntetickým palivům, která nejsou vyráběna z ropy a při jejichž výrobě a využití dochází k velmi nízkému, či úplně nulovému vzniku emisí CO₂.

Hlavními důvody pro jejich nasazení nejsou jen klimatické ambice EU, ale také pandemie covid-19 a její negativní dopad na evropskou ekonomiku. "Věříme, že s ohledem na zvyšující se důraz na zotavení a nové investice je právě teď ten pravý čas otevřít politickou diskusi s Evropskou Unií, národními tvůrci politik a zákazníky ohledně vytvoření politického rámce, který nasazení těchto nezbytných nízkouhlíkových paliv umožní," prohlásil v souvislosti s představením strategie asociace její generální ředitel John Cooper.

Syntetická paliva mají hrát klíčovou roli především v letecké, námořní a nákladní dopravě. Podle FuelsEurope zmiňované sektory v současnosti nemají pro konvenční paliva technologickou alternativu, zatímco v automobilovém sektoru se předpokládá masivní přechod na elektromobilitu. Spalovací motory poháněné syntetickými, uhlíkově neutrálními palivy jsou proto zásadní cestou, která by měla být ověřena. Zatím se předpokládá, že na realizaci bude potřeba vynaložit finanční prostředky vy výši až 650 miliard eur.

Syntetická paliva zatím čtyřikrát dražší než klasická

Jde o technologie, které umožní vyrábět umělá paliva pro dopravu z čistě obnovitelných zdrojů, tedy oxidu uhličitého ze vzduchu a vody, popisuje Leoš Gál z České technologické platformy biopaliv. Kromě výroby tzv. Fischer-Tropschovou syntézou z biopaliv 4. generace (odpady, kaly) se nyní zkouší zachytávání oxidu uhličitého (CO₂), což je spolu se sluncem a vodou nevyčerpatelný zdroj, z něhož se za pomoci vody dají též za vysokého tlaku a teploty vyrábět umělá paliva, ale také metan či vodík. Ty se pak dají zase přeměnit na elektřinu.

Sabatierova reakce se používá pro výrobu syntetického metanu, tedy ekvivalentu zemního plynu. Vodík při ní reaguje s oxidem uhličitým za vzniku metanu, vody a tepla. Reakce probíhá při teplotách 300-400 °C a při zvýšeném tlaku za účasti niklového, hliníkového nebo rutheniového katalyzátoru.

Fischer-Tropschova syntéza a další procesy od ní odvozené jsou častým způsobem výroby tekutých paliv. Polotovarem je svítiplyn (syngas), směs oxidu uhelnatého CO s vodíkem H₂, z něhož jsou pak za přítomnosti katalyzátorů, pod vysokým tlakem a při vysokých teplotách vytvářeny různé kapalné uhlovodíky. Oba procesy probíhají při vysoké teplotě, vyžadují hodně energie a produkují velké množství odpadního tepla. Ke snížení energetických ztrát v procesu je proto vhodné vzniklé teplo dále využívat.

Jedná se o 100 let známé postupy používané pro výrobu a úpravy paliv v různých podmínkách, například pro zkapalňování uhlí za druhé světové války nebo pro výrobu různých uhlovodíků ze zemního plynu. Těmito způsoby můžeme podle potřeby vytvořit širokou paletu plynných a tekutých uhlovodíků jak pro energetické účely, tak pro výrobu plastů, kosmetiky, hnojiv a dalších. Můžeme tak dekarbonizovat i sektory, které jsou na ropě závislé nejen energeticky, ale i materiálově. Pilotní provozy už v Evropě fungují, dokonce i za podpory českého kapitálu.

Podle konečného výrobku se taková technologie nazývá anglicky buď power to gas (elektřina na plyn, zkratka P2G), nebo power to liquid (elektřina na tekutinu, zkratka P2L). Pokud hovoříme o syntetických palivech obecně, lze se setkat                   i s označením P2X (elektřina na X) nebo power to fuel (elektřina na palivo, P2F). Často je možné narazit také na zkratku SNG (synthetic natural gas), která označuje syntetický metan, jeden z možných produktů power to gas.

Aktivitu v tomto směru u nás vyvíjí například společnost ČEZ, která prostřednictvím svého investičního fondu Inven Capital koupila podíl v drážďanské firmě Sunfire. Ta z oxidu uhličitého a vody pomocí elektrolýzy (elektřina pochází rovněž z obnovitelných zdrojů) a následně tzv. Fischer-Tropschovy syntézy vyrábí lineární uhlovodíky a z nich pak syntetická paliva, která mohou sloužit jako náhrada za produkty z ropy. Koncovým produktem je tzv. e-ropa (E-crude), ze které je možné poté v rafinérii vyrobit naftu či benzin a lít ji přímo do nádrže běžného vozu bez nutnosti úpravy motoru. A tímto způsobem lze vyrábět také parafín pro zpracování v kosmetice.

"Děláme totéž, co provádí příroda. Jen mnohem rychleji," říká spoluzakladatel a obchodní ředitel Sunfire Nils Aldag. Zatím jsou ale tato paliva ve srovnání s těmi klasickými čtyřikrát dražší. Cílem firmy je v tuto chvíli dostat se alespoň na dvojnásobnou cenu, čím by se umělá nafta dostala na úroveň biopaliv. "Během pěti let bychom pak mohli být na stejné ceně jako biopaliva. Těch je však omezené množství," domnívá se Aldag.

Technologie Sunfire je unikátní i tím, že doslova "vysává" CO₂ z atmosféry a tím zmírňuje skleníkový efekt. Automobil ho později při jízdě vyprodukuje přesně tolik, kolik se ho při výrobě spotřebovalo. Jde tedy o technologii s nulovou emisní bilancí, a právě kvůli tomu představuje Sunfire pro investory začátek možné revoluce v dopravě.

První e-rafinérie na světě bude v Norsku

Sunfire nyní pracuje na zvýšení účinnosti procesu na dvojnásobek a připravuje v Norsku první e-rafinérii na světě Nordic Blue Crude, kam dodá i technologii. Rafinérie bude z e-ropy vyrábět umělá paliva - benzin a motorovou naftu. Její roční kapacita má být deset milionů litrů, později stoupne na sto milionů. "Ve srovnání s celkovou spotřebou paliv v Evropě je to kapka v moři, ale je to první krok," říká Aldag.

Také drážďanská kapacita výroby e-ropy začíná být nedostatečná a firma se poohlíží po nové výrobní lokalitě pro e-ropu. S celkovou investicí 5-10 milionů Euro by mohly být postaveny nové provozy také v Neubrandenburgu a Lužici, jejíž výhodou je, že zde žije mnoho odborníků, kteří pracovali v nyní zavřených uhelných elektrárnách. Uvažuje se i o České republice. V Sasku by se zase měly podle plánů vyrábět speciální elektrolyzéry. Dalším plánem je pak využití umělých paliv pro leteckou (e-kerosen) a lodní dopravu. Tyto záměry jsou podle Aldaga zatím v úplném počátku.

EU zatím posuzuje environmentální dopad 8000 tun e-ropy, kterou chce konsorcium v ​​Norsku vyrobit. Toto posouzení však v podstatě určí, zda plánovaná e-rafinérie může prodávat syntetické palivo ve velkém množství: pouze v případě, že autopůjčovny, lodní společnosti a další spotřebitelé pohonných hmot budou mít právo si započítat použití syntetického paliva jako ekologického příspěvku ke snižování emisí CO₂, má relativně drahá e-ropa na trhu šanci.

Náklady

Výroba syntetických paliv je v současném malém množství nákladným procesem. Obnovitelná syntetická paliva se stanou podstatně dostupnější, pokud se výrobní kapacity rozšíří a náklady na elektřinu vyrobenou z obnovitelných zdrojů klesnou. Současné studie naznačují, že do roku 2030 lze dosáhnout čistých nákladů na palivo v rozmezí 1,20 až 1,40 EUR za litr (bez spotřebních daní) a do roku 2050 by to mohlo být jen jedno euro. Snížení nákladů na tato paliva ve srovnání s fosilními palivy by bylo možné výrazně urychlit, pokud by jejich cena byla stanovena i s ohledem na jejich environmentální výhodu. Skutečnost, že jsou kompatibilní s dnešní infrastrukturou a automobilovou technologií, jim dává výhodu oproti jiným alternativním pohonným jednotkám. A nevyžadují doplňující investice, jako je například masivní výstavba nabíjecích stanic pro elektroauta.

Firmě Sunfire se už podařilo proces značně zefektivnit a technologie dnes už dokáže z jedné jednotky elektrické energie vyrobit 0,6 ekvivalentu v kapalném palivu. Díky kolísavé výrobě obnovitelných zdrojů lze navíc při chytrém nastavení profitovat z velmi nízkých až záporných cen elektřiny. Zatím je však Sunfire stále ve ztrátě a peníze investorů pomalu docházejí.

Shell míří do obnovitelné energie

Na syntetická paliva sází i největší evropská ropná a plynárenská společnost Shell. "Stanovili jsme si cíl snížit do roku 2050 uhlíkovou náročnost našich výrobků na polovinu. Protože pokud opravdu chcete měřit dopad, který máme na skleníkové plyny, musíte se podívat na stopu energie, kterou vkládáme do domovů nebo automobilů nebo do světa. A musíme se ujistit, že energie, kterou prodáváme, má stále nižší uhlíkovou náročnost," vysvětlil v rozhovoru pro Frankfurter Allgemeine Zeitung Ben van Beurden, generální ředitel Shellu. Cestou k tomu má být například zachytávání a ukládání uhlíku, výroba zeleného vodíku a z nich konverze syntetických paliv.

Skladování a přeprava

Syntetická paliva se vyrábějí jen z obnovitelných zdrojů energie, vyloučena jsou však tzv. biopaliva 1. generace z potravinářských surovin - kukuřice, cukrová řepa, pšenice apod. Tímto postupem se získá plyn nebo kapalina. Díky tomu jsou obnovitelná syntetická paliva dobrým prostředkem pro skladování velkého množství obnovitelné energie, dokonce i s cenově výhodnou přepravou po celém světě. Mohou sloužit jako nárazník vyrovnávající kolísání sluneční nebo větrné energie nebo k obcházení nejrůznějších, i místních omezení rozšiřování výroby obnovitelné energie.

Syntetická paliva chtějí využívat i automobilky

Volkswagen je sice mezi klasickými velkými automobilkami lídrem v prosazování bateriových elektromobilů, ale i on sám připouští, že ho ještě dlouho budou z mnohem větší části živit vozy s běžnými spalovacími motory. Aby však jejich výfukové plyny nezhoršovaly ovzduší, mohly by se nafta a benzin pocházející z ropy nahradit syntetickými látkami. V roce 2030, tedy za deset let, sice bude koncern Volkswagen nabízet 70 typů elektromobilů, ale jejich prodeje dohromady dosáhnou pouze na čtyřicetiprocentní podíl z celkové produkce. Zbytek budou nadále tvořit auta se spalovacími motory. Matthias Rabe, technický šéf této největší evropské automobilky, proto pro britský Autocar uvedl, že velkou pozornost je třeba věnovat syntetickým palivům, které mají také velký potenciál snižovat uhlíkové emise.

Stejně uvažují třeba také zodpovědní manažeři v britské automobilce McLaren. Podle Jense Ludmanna již značka vyvíjí supersport, který by jezdil na syntetická paliva. Přestože je celý proces zatím ještě v rané fázi, zdá se, že by to mohlo fungovat. Základem vyvíjeného pohonného ústrojí je sice přeplňovaný osmiválec o zdvihovém objemu 4,0 litru, ale asistovat mu má elektromotor s dobíjecím akumulátorem. McLaren tedy vyvíjí plug-in hybrid na syntetická paliva. Syntetickým palivům jsou nakloněny i automobilka Mazda, která vyvíjí kapalná paliva pocházející z mikrořas, nebo Audi, kde se syntetickým benzínem a naftou experimentují již od roku 2018. Je to logické, protože automobilky mají velký zájem na tom, aby současnou technologii spalovacích motorů udržely při životě co nejdéle.