エネルギーの独立性、再生可能エネルギー、および炭素排出の危険性についての議論は、米国の政治的言説の大きな部分になっています。大統領から公の抗議で「石油戦争禁止」の看板を掲げている男まで、誰もが化石燃料に代わるものを見つける方法に興味を持っているようだ。しかし、すべての代用品が同じように作られているわけではありません。環境に良いものもあります。一部はそうではありません。一部は再生可能なエネルギー源です。一部はそうではありません。 合成燃料 、別名合成燃料 は、発展途上のエネルギー危機を解決するための多くの解決策の1つにすぎません。
ただし、この場合、「合成」という用語は誤解を招く可能性があります。必ずしも燃料が不自然または人工であるという意味ではありません。米国エネルギー情報局は、合成燃料を「石炭、天然ガス、またはバイオマスの原料から生産された燃料」と定義しています。 化学変換による」[出典：米国エネルギー情報局]。この変換により、化学的に原油や加工燃料と同じであるが、人工的な手段で合成された物質が生成されます。従来の原油は環境中に自然に発生し、生産に使用されます。ガソリンやディーゼルなどのさまざまな燃料。合成燃料の原料である合成燃料原料は、原油や加工燃料として使用できるように、激しい化学的および物理的変化を加える必要があります。
合成燃料の歴史はあなたが思っているよりもはるかに遡りますが、研究開発は近年ピークに達しています。合成燃料は、2人の科学者がフィッシャートロプシュ反応と呼ばれるプロセスを開発した1923年に、ドイツで最初に研究されました。 。彼らが彼ら自身のために名付けたプロセスは、ガスを液体燃料に変換することを含みます。フィッシャー・トロプシュ法に代わる方法はありますが、今日、合成燃料を作成するために最も広くテストされ、広く使用されている方法です。
歴史的に、合成燃料は、第二次世界大戦ドイツで軍用車両に燃料を供給するために最初に広く使用されました。枢軸国の石油埋蔵量が限られているため、合成オプションが必要な代替手段となった[出典：ベッカー]。 1970年代、石油不足が蔓延する中、米国では合成燃料の研究が盛んに行われていました。その研究はやがて中止されましたが、エネルギー自給と持続可能性に関する懸念が重要な政治的論点になっているため、最近別の急上昇が見られました。他の国では、より広範囲に合成燃料を使用しています。たとえば、南アフリカでは、石炭と天然ガスから作られた合成燃料が30年間石油経済の重要な部分を占めてきました。
さまざまな種類の合成燃料とそれぞれの製造方法については、以下をお読みください。
さまざまな原料を液体合成燃料に変換する方法を理解するには、まず燃料がどのように機能するかを理解する必要があります。石油、および石油から作られたガソリンのような製品は、炭化水素と呼ばれる有機分子の長鎖で構成されています（水素と炭素が含まれているため）。これらの炭化水素は燃焼すると分解してエネルギーを放出し、自動車、トラック、飛行機などのエンジンに燃料を供給します。石油、石炭、天然ガス、植物廃棄物、下水など、ほとんどの有機材料には炭化水素が含まれています。今日のエンジンは、ガソリンなどの石油由来の燃料で動作するように設計されています。合成燃料がこれらのエンジンで機能するためには、それらの炭化水素を再構築して、石油や石油製品に見られる炭化水素に似せる必要があります。
合成燃料には、基本的に合成原油の2つのカテゴリーがあります。 （シンクルード ）、およびフィッシャートロプシュ液体 。最初のカテゴリには、シンクルードの製造に使用される原料とプロセスが含まれます。 、または合成原油。合成原油は、従来の原油と同じ目的で使用できます。原料として使用されます。従来の原油と同様に、シンクルードは、ディーゼル、ガソリン、灯油などのさまざまな形態の石油ベースの商用燃料を製造するために精製および処理する必要があります。
シンクルードの最も人気のある3つの供給源は、超重質油です。 、オイルシェール およびオイルサンド 。これらの材料はそれぞれ、従来の石油と同じように自然に発生しますが、物理的特性と不純物の量が異なります。たとえば、オイルシェールは岩石であり、オイルサンドは砂とオイル含有物質ビチューメンのタール状混合物です。 。これらのシンクルード原料は、さまざまなレベルの熱、圧力、および物理的操作にさらされて、天然に存在する原油と同じ炭化水素の配置を持つ物質を生成します。
シンクルード原料の処理は環境に害を及ぼす傾向があります。原油よりも多くの処理が必要なため、CO 2 が多くなります。 排出物およびその他の汚染物質[出典：米国内務省]。また、原料の収集には、ストリップマイニングなどの有害な環境慣行が含まれることがよくあります。石油の代替としてシンクルード燃料を使用する利点の1つは、世界に未開発の超重油、オイルシェール、オイルサンドが大量に埋蔵されていることです。もちろん、石油のように、それらの資源は持続可能ではありません。それらも最終的には使い果たされます。
フィッシャー・トロプシュ合成燃料がどのように製造されるかについて学ぶために読んでください。
一般にフィッシャー・トロプシュ液体と呼ばれる2番目のタイプの合成燃料は、シンクルードのステップを本質的にスキップして、商業的に実行可能な液体燃料に直接変換できる原料を使用します。フィッシャー・トロプシュ合成燃料の製造に使用される最も一般的な原料には、天然ガスがあります。 、石炭 およびバイオマス （植物および植物廃棄物）。 F-T合成では、原料は華氏1,900度（摂氏1,037.7度）以上の非常に高い熱と圧力にさらされ、合成ガスと呼ばれる一酸化炭素と水素の混合物が生成されます。 （または合成ガス ）[出典：VanBibber]。プロセスのこのステップにより、フィッシャー・トロプシュ液体燃料は、原油またはシンクルードから製造された燃料よりもはるかにクリーンになります。重金属などの不純物は、合成ガスをろ過した後、ガス化装置から簡単に取り除くことができます。炭素や硫黄などのガスは、燃料が燃焼したときに汚染物質にならないようにろ過することができます。
次に、合成ガスは液体の形に凝縮されます。再び高熱高圧下に置かれると、触媒がプロセスに導入され、通常は鉄またはコバルトのいずれかを含む化合物です。触媒は水素と一酸化炭素の間の化学反応を引き起こし、炭化水素の長鎖を生成します。触媒が異なれば、炭化水素構造も異なります。次に、これらの炭化水素は冷却され、液体の形に凝縮され、濾過されます。ディーゼル燃料またはガソリンの合成形態に加えて、フィッシャー・トロプシュ合成は、工業用潤滑油、灯油、およびその他の製品を生産することができます。
シンクルード製品と比較して、フィッシャー・トロプシュ液体ははるかにきれいに燃焼します。これらの合成燃料は粒子状物質の排出がほとんどなく、従来の燃料よりも窒素酸化物の排出量が少なく、一酸化炭素の排出量も少なくなっています[出典：米国環境保護庁]。もちろん、再生可能資源を原料として使用する合成燃料（バイオマスなど）は、化石燃料を原料として使用する合成燃料よりも、長期的には環境に優れています。
米国政府は、石炭、天然ガス、植物廃棄物などの原料へのアクセスが豊富であるため、合成燃料に強い関心を持っています。合成燃料の1種類のみを考慮に入れると、米国内には、合成燃料の生産に使用できると推定される1.3ギガトンの未使用バイオマスがあります[出典：Coal-to-LiquidsCoalition]。そのため、米軍やその他の政府機関は、近年、合成燃料の研究を推進しています。中国やドイツのような他の国々も、合成燃料技術の探求に最近投資を行っています[出典：米国エネルギー情報局]。合成燃料技術は有望ですが、石油からガソリンよりも生産するのにはるかに多くの費用がかかります。したがって、石油価格が劇的に上昇しない限り、石油に取って代わることはほとんどありません。