Tým korejských chemiků již vyrábí 50 kilogramů syntetického paliva denně a hodlá tuto technologii rozšířit na průmyslovou úroveň.
Země, která pod svou půdou nemá ani kapku ropy, právě prokázala, že znečištěný vzduch lze přeměnit na palivo vhodné pro jakýkoli běžný motor. Výzkumníci z Korejského výzkumného ústavu chemické technologie vyvinuli proces, který přeměňuje oxid uhličitý a vodík na benzin a naftu, lehký ropný derivát používaný jako surovina v petrochemickém průmyslu a jako součást paliva. A to s takovou účinností, která již začíná přitahovat pozornost energetického sektoru.
Řešení dvou souběžných problémů
Motivace k projektu vychází ze dvou naléhavých důvodů. Mezinárodní energetická agentura (IEA) odhaduje roční emise CO₂ spojené s celosvětovou výrobou a spotřebou energie na přibližně 37 miliard tun. Zároveň nám geopolitické napětí pravidelně připomíná, jak zranitelná je závislost na tranzitu ropy přes kritická místa, jako je Hormuzský průliv, námořní kanál mezi Íránem a Arabským poloostrovem, kterým proudí přibližně pětina světové ropy. Pro Jižní Koreu, která dováží prakticky veškerou ropu, kterou spotřebovává, jsou prioritami obě fronty.
Korejští vědci se rozhodli tyto dva problémy propojit a proměnit je v jedinou příležitost: zachytit uhlík, který zůstává v atmosféře, a přeměnit ho ve strategickou surovinu. Technicky se jim to již podařilo; velkou otázkou je, zda bude tento proces někdy schopen cenově konkurovat barelu konvenčně těžené ropy, což je standardní měrná jednotka na trhu s ropou, která odpovídá přibližně 159 litrům.
Jak proces funguje
Tato technologie je součástí takzvané technologie Power-to-Liquids neboli PtL, což je skupina procesů, které využívají elektřinu k výrobě kapalných paliv z plynů. Klíčový průlom korejského týmu spočívá ve speciálním katalyzátoru, látce, která urychluje chemickou reakci, aniž by se spotřebovávala, složené z oxidu zinku, draslíku a železa v kombinaci se zeolitem modifikovaným zinkem. Zeolity jsou porézní minerály s krystalickou strukturou, která funguje jako molekulární síto, schopné vybírat a přeskupovat vznikající uhlíkové řetězce.
Díky tomuto duálnímu katalyzátoru reaguje CO₂ a vodík v jediném kroku při teplotách 270-330 °C a tlaku 10-30 barů, čímž se dosahuje výtěžku téměř 50 % kapalných uhlovodíků. V praxi železo obsahující zinek aktivuje oxid uhličitý a vytváří řetězce atomů uhlíku, zatímco zeolit je krakováním a izomerizací upravuje a přeskupuje na frakci benzínu přesně podle velikosti. Funguje to jako miniaturní chemická montážní linka. Kromě toho se činidla, která se v prvním cyklu nepřeměnila, vracejí, což zvyšuje celkový výtěžek.
Výhoda oproti tradiční metodě
Obvyklý postup přeměny CO₂ na kapalné uhlovodíky vyžaduje dva různé kroky. Nejprve se oxid uhličitý při teplotách nad 800 °C přemění na oxid uhelnatý. Poté se tento meziplyn přemění na palivo Fischerovou-Tropschovou syntézou, průmyslovým procesem vyvinutým ve 30. letech 20. století. Problémem je, že první fáze vyžaduje velké množství tepla a druhá fáze funguje lépe za studena, což je tepelný rozpor, který činí průmyslové rozšíření velmi nákladným a komplikovaným. Korejští výzkumníci tento první stupeň při vysoké teplotě odstranili, a to mění celou situaci.
Z laboratoře do průmyslového závodu
Vývoj výroby dává představu o tempu pokroku. V roce 2022 začal tým vyrábět 5 kilogramů syntetického paliva denně. Dnes se toto číslo zvýšilo desetkrát na 50 kilogramů denně. Další cíl je již stanoven: vybudovat komerční závod schopný vyrábět více než 100 000 tun ročně.
Dosažení takového rozsahu by mělo přímý dopad na energetickou nezávislost Jižní Koreje, která by tak mohla výrazně snížit svou závislost na dovozu ropy. Atraktivita se však neomezuje pouze na výrobu: výsledné palivo je kompatibilní se stávajícími spalovacími motory bez jakýchkoli úprav, což znamená, že by nebylo nutné obnovovat stávající vozový park.
Infrastruktura je již k dispozici
Odborníci z odvětví zdůrazňují další konkurenční výhodu oproti alternativám, jako jsou vodík nebo elektrické baterie: syntetický benzin lze distribuovat pomocí stávajících potrubí a čerpacích stanic, aniž by bylo nutné budovat novou infrastrukturu. Například u vodíku jsou zapotřebí speciální čerpací stanice a u elektromobilů mnohem hustší síť dobíjecích míst, než je tomu v současnosti, přičemž obojí je velmi nákladné.
Rostoucí globální obraz
Paliva PtL vyráběná z vodíku a zachyceného CO₂ mají výrazně nižší emise než fosilní paliva, která nahrazují. Provozních zařízení je však po celém světě zatím málo a jsou ve fázi pilotních projektů. Analytici agentury Bloomberg upozorňují, že do roku 2030 je již naplánováno a očekává se uvedení do provozu více než 30 nových projektů s celkovou projektovanou kapacitou více než 1,3 miliardy galonů ročně, což odpovídá téměř 5 miliardám litrů.
Zelená vodíková překážka
Navzdory technologickému optimismu není cesta ke komerční životaschopnosti zdaleka jednoduchá. Katalyzátor musí prokázat, že si udrží svou aktivitu po dlouhé hodiny nepřetržitého provozu, a celkový výkon musí ještě vzrůst. Skutečnou Achillovou patou je však vodík. Aby byl syntetický benzin skutečně udržitelný, musí být použitý vodík ekologický, tj. vyrobený elektrolýzou vody poháněné obnovitelnou energií, nikoliv spalováním zemního plynu. IEA upozorňuje, že 99 % vodíku, který se dnes ve světě vyrábí, pochází z fosilních paliv.
Náklady na ekologický vodík zůstávají vysoké. Studie odhadují, že do konce desetiletí by cena mohla klesnout pod 2,5 dolaru za kilogram, ale k jeho dalšímu zlevnění by bylo zapotřebí dalších technologických průlomů. Dokud se cena syntetického benzínu dostatečně nesníží, zůstane třikrát až pětkrát dražší než klasický benzín, což znamená, že pro rozjezd této alternativy je nezbytná podpora veřejnosti.