Novo o starom: gorivo iz CO2 i vode

Urednik me upozorio na članak iz Jutarnjeg lista od 25. lipnja u kojem autor Ivan Fischer prenosi i komentira vijest kako je španjolska tvrtka SUN-to-LIQUID izgradila postrojenje za proizvodnju avionskog goriva (kerozina) – iz sunca, vode i zraka. To će postrojenje, projektirano kao pokusno, proizvoditi dnevno 1000 barela (160 m3) avionskog te još 850 barela (136 m3) drugog goriva Sunčevom snagom od 200 do 300 MW. Prva asocijacija? Fischer. Ali ne novinar Fischer, koji je napisao taj članak, nego kemičar Fischer – no to je duga priča.

Priča počinje s time da Njemačka nema svoje izvore nafte i zemnog plina, no ima vrlo bogata nalazišta vrlo kvalitetnog ugljena u Ruhrskoj oblasti (na temelju kojih je i podigla svoju tešku industriju). Stoga je pitanje može li se ugljen pretvoriti u naftu postalo presudno pitanje za njemačke kemičare – i evo kako su ga riješili.

Kroz ugljen se može propuhivati zrak. U tom se slučaju dobiva „gradski plin“, ugljikov monoksid, CO. No umjesto zraka (ili kisika) preko užarenog ugljena može se prevoditi i vodena para. U tom se slučaju dobiva „vodeni plin“, plin promjenjiva sastava. Konkretno, ako je temperatura niža od 1200 oC, dobiva se smjesa vodika i ugljikova dioksida, no ako je viša od 1200 oC dobiva se smjesa vodika i ugljikova monoksida.

Upravo iz ove posljednje plinske smjese, smjese ugljikova monoksida i vodika, njemački kemičari Franz Fischer i Hans Tropsch uspjeli su 1925. sintetizirati smjesu ugljikovodika, a potom ih odvojiti na frakcije: benzin, plinsko ulje (dizel), parafin te gorivni plin. Smjesu plinova koju su uvodili u svoj reaktor nazvali su sasvim prikladno Synthesegas (plin za sintezu), no Synthesegas nije njihov izum nego je to reaktor u kojem se događa njegova pretvorba u ugljikovodike.

Tajna reaktora je pak bila u katalizatoru, nimalo jednostavnoj smjesi spojeva željeza, nikla i kobalta, uz tragove bakrovih, manganovih i torijevih spojeva. O točnom sastavu katalizatora te o uvjetima reakcije (tlak, temperatura) ovisilo je i što će se na kraju dobiti. Iz kubičnog metra plina za sintezu moglo se obično proizvesti 110 – 120 grama korisnih produkata (tipično 62 % benzina, 26 % dizela, 2 % parafina te 10 % gorivnog plina).  

N. Raos: Kemijski leksikon u stripu
N. Raos: Kemijski leksikon u stripu

Ti su tekući produkti postali i te kako važni Njemačkoj na kraju Drugoga svjetskog rata nakon gubitka izvora nafte u Rumunjskoj. Zbog tog bi gubitka cijeli ratni stroj stao – da se gorivo za tenkove i avione već nije proizvodilo iz ugljena.

I tako dolazimo do današnjeg doba. Proizvoditi gorivo (ugljikovodike) iz ugljena nema smisla, ni u smislu ekonomije ni u smislu ekologije. No to ne znači da nema smisla ni postupak dvojice njemačkih kemičara. Zahvaljujući Fischer-Tropschovom postupku gorivo se može proizvesti praktički iz svega. Svaki se ugljen može pretvoriti u plin za sintezu, pa bio to drveni ugljen (dobiven karbonizacijom drva) ili ugljen dobiven karbonizacijom gradskog otpada. No ne samo iz ugljena.

Proizvodnja plina za sintezu tvrtke SUN-to-LIQUID, o kojoj je u ovom članku riječ, temelji se na njegovoj izravnoj sintezi iz smjese ugljikova dioksida i vodene pare žarenjem u Sunčevoj peći. Trik je (opet) u katalizatoru, cerijevom dioksidu (CeO2), koji pri nižoj temperaturi (1000 oC) preuzima kisik iz plinske smjese da bi ga pri višoj (1500 oC) otpustio i tako se regenerirao. Riječ je o tehnologiji razvijenoj u okviru europskog znanstvenog projekta SOLAR-JET.

U posao su se  uključili i Nijemci, pioniri tehnologije pretvaranja smjese CO i H2 u ugljikovodike. Koordinator projekta je naime neprofitna udruga Bauhaus Luftfahrt, iza koje stoje tvrtke Airbus,  proizvođači zrakoplovnih motora MTU, no i bavarsko Ministarstvo gospodarstva i tehnologije, uz mnoge druge suradne tvrke s njemačke i španjolske strane (proizvođač solarnih elektrana Abengoa) no i iz drugih europskih zemalja (Švicarske i Nizozemske).

Kemija sve može, no može li i kemijska tehnologija? To govorim zato što tehnolog ne treba misliti samo o tome je li kemijski proces moguć, nego i je li isplativ. Kao hladan tuš djeluje podatak da se postupkom tvrtke SUN-to-LIQUID samo 10 % Sunčeve energije pretvara u energiju goriva, iako se može računati i na 20 % u većem pogonu. No opet, ne treba zaboraviti da je izvorni Fischer-Tropschov postupak pretvarao oko 50 % plina za sintezu u ugljikovodike, te da je trebalo utrošiti dosta energije za uplinjavanje ugljena. Stoga će na to hoće li ili neće zaživjeti postupak za pretvaranje ugljikova dioksida Sunčevom eneregijom u gorivo za zrakoplove utjecati mnogo toga, a prije svega koliko ćemo biti spremni platiti za energetiku bez emisije CO2  – baš kao što je Njemačka na kraju rata bila spremna platiti svaku cijenu za gorivo dobiveno iz ruhrskog ugljena.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.

Please follow and like us: