Fischer-Tropschbrandstoffen

Fischer-Tropschbrandstoffen of synthetische brandstoffen vormen een mogelijk alternatief voor aardolie. In de jaren '20 van de 20e eeuw ontwikkelden de Duitse geleerden Fischer en Tropsch een proces om syngas, een mengsel van koolstofmonoxide CO en waterstof H₂, in vloeibare brandstof om te zetten. Zij gebruikten hiervoor een katalysator op basis van ijzer. Het eindproduct bestond voor driekwart uit steenkooldiesel. Het overgebleven deel bestaat vooral uit nafta waaruit synthetische benzine kan worden vervaardigd en een kleine hoeveelheid lpg.

Door een koolstofhoudende brandstof, zoals kolen, zuurstofarm te verbranden ontstaat er koolmonoxide. Dat is een partiële oxidatie. Als men tijdens dit proces stoom toevoegt en het gas langs een katalysator leidt en daarna het eindproduct zuivert, dan ontstaat er uit het gasmengsel van koolmonoxide en waterstof synthesegas, syngas. Dit is stoomreforming. Uit syngas kunnen synthetische koolwaterstoffen worden gemaakt die de basis vormen van steenkooldiesel en andere producten. Er wordt onderzocht in hoeverre het mogelijk is om met behulp van zonne-energie volgens de Fischer-Tropsch methode uit water H₂O en CO₂ brandstof te maken.

Geschiedenis

Nazi-Duitsland paste dit proces tijdens de Tweede Wereldoorlog op grote schaal toe: 6,5 miljoen ton in 1944. Het regime tijdens de apartheid in Zuid-Afrika was daarna de belangrijkste producent van brandstof, die met de methode van Fischer en Tropsch was gemaakt. Er was in de industrielanden na de oliecrisis van 1973 interesse maar dit viel enigszins stil in de jaren tachtig. Begin jaren negentig is weer begonnen met de productie van Fischer-Tropschbrandstof uit aardgas, vooral met het doel om schonere diesel te produceren.

Techniek

Steenkool (Coal-to-Liquids of CTL)

Voor het proces is een temperatuur van 1.200 tot 1.400 °C en een hoge druk nodig. Door het hierbij horende grote energieverbruik tijdens de productie veroorzaakt CTL-brandstof beduidend meer broeikasgass dan conventionele olieproducten. Het proces is ook energetisch gezien niet rendabel omdat veel warmte gewoon worden geloosd door gebrek aan toepassingen in de nabijheid van de fabriek.

Aardgas (Gas-to-Liquids of GTL)

Shell heeft in 2012 in Qatar de grootste GTL fabriek ter wereld, Pearl GTL geopend. Hier worden GTL en andere vloeibare brandstof geproduceerd. Pearl GTL is een joint venture tussen de Shell en Qatar Petroleum, het staatsolie- en gasbedrijf van Qatar. Shell investeerde ca. € 14 miljard in deze fabriek. De GTL-producten worden gebruikt in kerosine voor vliegtuigen, diesel voor trucks, smeerolie en andere smeermiddelen, chemicaliën en wasmiddelen.

Aardgas kan ook zonder wijziging als motorbrandstof worden gebruikt. Het energieverbruik bij de productie van GTL moet dan tegen het energieverbruik worden afgewogen bij het transport van aardgas en de kosten van aardgasinstallaties in voertuigen. Het Fischer-Tropsch procedé is interessant voor kleine aardgasreserves, waar de kosten van een pijpleiding te hoog zijn, maar het is een proces dat veel broeikasgas veroorzaakt.

Biomassa (biomass-to-liquids of BTL)

Dit procedé haalt ten opzichte van klassieke biobrandstoffen als biodiesel of ethanol een hogere opbrengst en laat een grotere keuze aan gewassen toe. Het is als een biobrandstof te zien.

Verwante technologieën

Bergiusprocedé – Steenkool wordt hierbij in vloeibare brandstof omgezet met toevoeging van waterstof, maar is alleen geschikt voor bruinkool en jonge steenkool.
Karrick-procedé – Teer wordt hierbij door verhitting tot 750 °C uit steenkool gedistilleerd. De teer wordt verwerkt tot lichtere brandstoffen.
DME-synthese – Dimethylether DME is hierbij het eindproduct, een gas dat voor dieselmotoren geschikt is.
Methanol-synthese – De productie van methanol uit aardgas geeft meer rendement dan die van Fischer-Tropsch brandstoffen. Voordelen als brandstof zijn dat het een hoog octaangetal en een zuivere verbranding heeft. Een nadeel is dat methanol corrosief en giftig is. Het wordt wel op grote schaal gebruikt voor de productie van het klopwerende additief methyl-tert-butylether MTBE.