Брюссель может "захлебнуться" синтетическим топливом

Министр транспорта ФРГ Фолькер Виссинг опасается, что ставка исключительно на электромобили подорвет позиции немецкого автопрома. Фото с сайта www.bmdv.bund.de

Трехдневный дискуссионный правительственный марафон в конце марта с.г. о будущем энергетической и климатической политики Германии закончился компромиссом не в пользу партии «Союз-90/Зеленые». Ее партнеры по правящей в Германии правительственной коалиции из СДПГ и СвДП смогли отстоять в значительной степени интересы большей части промышленности и населения. В принципе все споры в Германии и ЕС касаются скорости и условий перехода на климатически нейтральные рельсы. На повестке дня одной из главных тем был транспорт.

Одной из главных спорных тем стало будущее двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Как известно, федеральный министр транспорта и цифровой инфраструктуры Германии Фолькер Виссинг наложил вето на закон, продвигаемый Комиссией ЕС, о запрете с 2035 года допуска в странах ЕС к эксплуатации новых автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. В основе вето лежали опасения министра, что в результате кардинальных изменений, которые непременно будут сопровождать переход на электромобили, не у дел останутся сотни компаний, специализирующихся на компонентах для двигателей внутреннего сгорания, которые не найдут себе места в мире электромобилей. Виссинга поддержали представители Италии и ряда восточноевропейских стран. О значении проблемы говорит тот факт, что, по данным 2021 года, в 27 странах ЕС имеется 249 млн автомобилей, но из них только 0,5% чисто электромобилей. Для Германии число зарегистрированных автомобилей с ДВС по состоянию на 2022 год составляло более 31 млн штук. По данным немецкого статистического ведомства (Statista), из 786 тыс. занятых производством автомобилей электромобили изготавливали в 2021 году 23 600 человек. В отраслях, занятых поставками для автомобильной промышленности в Германии, в 2021 году работало почти 300 тыс. человек.

В результате компромисса в ЕС было принято следующее решение: выпуск и регистрация новых автомобилей, заправляемых бензином или дизельным топливом и изготовленных на основе ископаемых ресурсов, в Евросоюзе с 2035 года будут невозможны. Соответствующий запрет был принят Советом министров ЕС в Брюсселе во вторник 28 марта, после того как Германия после нескольких недель консультаций согласилась поддержать эту инициативу.

При этом Берлин настоял на исключении для автомобилей на углеродно-нейтральном синтетическом топливе (e-fuel): такие автомобили с ДВС по-прежнему можно будет регистрировать. Другими словами, после 2035 года в ЕС все-таки будут допущены к эксплуатации автомобили, в том числе с ДВС, которые можно будет заправлять топливом с нулевыми выбросами парниковых газов. Речь идет в первую очередь о двуокиси углерода. С точки зрения налогообложения такие автомобили будут поставлены на один уровень с электромобилями. Топливом с нулевыми выбросами в данном случае могут быть синтетические топлива. Они могут изготавливаться из угля, природного газа и биомассы.

Вице-председатель Еврокомиссии Франс Тиммерманс приветствовал договоренность, назвав ее «важным шагом в направлении свободной от вредных выбросов мобильности». В свою очередь, министр по вопросам окружающей среды ФРГ Штеффи Лемке заявила, что благодаря этому шагу «автомобильная промышленность получит необходимую уверенность в планировании», но подчеркнула преимущества электромобилей перед машинами, которые заправляют синтетическим топливом.

А министр транспорта Германии Фолькер Виссинг сообщил, что рад тому, что было найдено «технологически нейтральное решение». Он добавил, что оно стало важным сигналом для рынка о том, что нужно расширять соответствующие производственные мощности.

Представители автоиндустрии также приветствовали достижение компромисса. «Наша отрасль приветствует уверенность в планировании, которую дает сегодняшняя веха», – заявили в пресс-службе европейского объединения автопроизводителей Acea. Нейтральный с точки зрения технологий подход – это лучший способ достигнуть климатических целей, добавили в организации.

Известная смесь

Прежде всего следует сказать, что синтетические топлива не представляют собой ничего нового. Еще изобретатель современного двигателя внутреннего сгорания Николаус Август Отто использовал в 1986 году в качестве топлива в своих первых прототипах картофельный спирт. В ходе Первой мировой войны спиртом заправлялись боевые самолеты. В Веймарской республике в 20-х годах прошлого века имелась фирма, которая примешивала к бензину 25% картофельного спирта и продавала это топливо под названием «монополин». В 1930 году в Германии в законодательном порядке спирт примешивался в определенных количествах к бензину. В Европе вплоть до 50-х годов этанол примешивался к существовавшим тогда топливам, таким как бензол, метанол, ацетон, нитробензол и т.п. для улучшения антиденатационных свойств. Но потом это перестали делать из-за вредных для человека и материала свойств этих смесей.

В 70-х годах прошлого века вследствие нефтяного кризиса интерес к этанолу снова возрос. Речь идет об этаноле, который производился из сахарного тростника в Бразилии и зерна в США и стимулировался в качестве синтетического топлива различными правительственными программами. Киотский протокол, вступивший в силу в 2005 году, способствовал усилению интереса к использованию синтетических топлив. На сегодня техника ДВС на этаноле оказалась настолько продвинутой, что, например, суперспортивный автомобиль Koenigsegg Agora, производившийся в 2010–2018 годах шведским изготовителем Koniegsegg, с мотором 1140 л.с. на топливе Е85 или Е100 (соответственно 85 или 100% этанола), даже при потреблении 25 л на 100 км (понятно, что ввиду меньшего октанового числа у синтетических бензинов расход топлива выше примерно на 30% по сравнению с чистым супербензином) меньше выбрасывал двуокиси углерода, чем большинство немецких электромобилей, использующих в качестве горючего электричество, произведенное на немецких электростанциях смешанного типа (как с возобновляемой энергетикой, так и с традиционной).

В Германии продается бензин Е85%, но только на 336 заправках. Число заправок после того, как этанол в 2016 году стал облагаться налогом (до этого облагалось налогом только 15% супербензина), значительно уменьшилось. Чаще всего в Германии предлагается Е10, то есть с 10-процентной примесью этанола.

Первый спортивный автомобиль формата e-fuel был изобретен шведами.  Фото Reuters

Это синтетическое углеродно-нейтральное топливо – топливо, которое не вызывает чистых выбросов парниковых газов или углеродного следа. На практике это обычно означает топливо, которое производится с использованием диоксида углерода (CO2) в качестве сырья. Предлагаемые углеродно-нейтральные топлива можно в широком смысле разделить на синтетические топлива, которые получают путем химического гидрирования диоксида углерода, и биотоплива, которые производятся с использованием естественных процессов потребления CO2, таких как фотосинтез.

Двуокись углерода, используемая для производства синтетического топлива, может улавливаться непосредственно из воздуха, рециркулироваться из отработавших газов электростанций или производиться из угольной кислоты в морской воде. Примеры синтетического топлива включают водород, аммиак и метан, хотя более сложные углеводороды, такие как бензин и керосин, также были успешно синтезированы искусственно. Помимо того что такие возобновляемые виды топлива являются углеродно-нейтральными, они могут снизить затраты на импорт ископаемого топлива и уменьшить зависимость от него. Дополнительным преимуществом может стать отсутствие необходимости перехода автотранспорта на электропривод или водородное топливо. Чтобы процесс был действительно углеродно-нейтральным, любая энергия, необходимая для этого процесса, должна быть сама по себе углеродно-нейтральной, например возобновляемые источники энергии или ядерная энергия.

Если при сжигании углеродно-нейтрального топлива происходит улавливание углерода в выхлопной трубе, это приводит к чистым отрицательным выбросам углекислого газа и, таким образом, может представлять собой форму восстановления парниковых газов. Отрицательные выбросы считаются главным компонентом усилий по ограничению глобального потепления, хотя обеспечивающие их технологии в настоящее время не являются экономически конкурентоспособными. Углеродные кредиты, вероятно, будут играть важную роль в продвижении топлива с отрицательным выбросом углерода.

Правда, пока при заправке автомобилей синтетическими топливами происходит все-таки выброс парниковых газов, но они намного меньше, чем при использовании бензина и дизеля на ископаемой основе. Так, по данным союза автомобилистов Германии ADAC, уровень окиси азота при использовании синтетических топлив снижался на 40%. Синтетические топлива могут использоваться на имеющихся заправках, и автомашины с имеющимся ДВС, как показали опыты ADAC, их «переносят» без проблем.

Процесс производства

Углеродно-нейтральные виды топлива представляют собой синтетические углеводороды. Основным их источником являются химические реакции между углекислым газом и водородом, который образуется при электролизе воды с использованием возобновляемых источников энергии. Топливо, часто называемое электротопливом, является аккумулятором энергии, использованной для производства водорода. Уголь также можно использовать для производства водорода, но он не будет углеродно-нейтральным источником. Углекислый газ можно улавливать и подвергать захоронению, делая ископаемое топливо углеродно-нейтральным, хотя и не возобновляемым. Улавливание углерода из выхлопных газов может превратить углеродно-нейтральное топливо в топливо с отрицательным выбросом углерода. Природные углеводороды можно расщеплять с образованием водорода и диоксида углерода, который затем подвергается захоронению, в то время как водород используется в качестве топлива. Этот процесс также будет углеродно-нейтральным.

Наиболее энергоэффективным и технологичным в производстве топливом является газообразный водород, который можно использовать в транспортных средствах с водородными топливными элементами. Есть еще несколько видов топлива, которые можно создать с использованием водорода.

Метанол можно получить в результате химической реакции молекулы углекислого газа с тремя молекулами водорода с образованием воды. Накопленная энергия может быть восстановлена путем сжигания метанола в двигателе внутреннего сгорания с выделением диоксида углерода, воды и тепла. Метан может быть получен с помощью аналогичной реакции. Важны особые меры предосторожности против утечки, поскольку метан почти в 100 раз сильнее CO2 с точки зрения потенциала глобального потепления. Далее можно химически объединять молекулы метанола или метана в более крупные молекулы углеводородного топлива.

Исследователи также предложили использовать метанол для производства диметилового эфира. Это топливо можно использовать как замену дизельному топливу из-за его способности самовоспламеняться при высоком давлении и температуре. Он уже используется в некоторых областях для отопления и производства энергии. Он нетоксичен, но должен храниться под давлением. Более крупные углеводороды и этанол также могут быть получены из диоксида углерода и водорода.

Все синтетические углеводороды обычно получаются при температурах 200–300 градусов Цельсия и при давлении от 20 до 50 бар. Для повышения эффективности реакции и создания желаемого типа углеводородного топлива обычно используются катализаторы. Такие реакции являются экзотермическими и используют около 3 моль водорода на моль вовлеченного углекислого газа. Они также производят большое количество воды в качестве побочного продукта.

Источники углерода для вторичной переработки

Наиболее экономичным источником углерода для переработки в топливо являются выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива, где его можно получить примерно по 7,50 долл. за тонну. Однако процесс не является углеродно-нейтральным, поскольку углерод имеет ископаемое происхождение и перемещается из геосферы в атмосферу. Улавливание выхлопных газов автомобилей также считается экономичным, но потребует значительных изменений конструкции или модернизации. Поскольку углекислый газ в морской воде находится в химическом равновесии с атмосферным углекислым газом, изучается извлечение углерода из морской воды. Исследователи подсчитали, что извлечение углерода из морской воды будет стоить около 50 долл. за тонну

Улавливание углерода из атмосферного воздуха обходится дороже – от 94 до 232 долл. за тонну и считается непрактичным для синтеза топлива или связывания углерода. Улавливание из воздуха менее развито, чем другие методы. Обычно используют щелочи для реакции с диоксидом углерода воздуха и образованием карбонатов. Затем карбонаты могут быть расщеплены и гидратированы, чтобы высвободить чистый CO2 и регенерировать щелочь. Этот процесс требует больше энергии, чем другие методы, поскольку концентрация углекислого газа в атмосфере намного ниже, чем в других источниках.

Кроме того, в качестве источника углерода для производства топлива предлагается использовать биомассу. Добавление водорода в биомассу уменьшает количество углерода в ней и приводит к образованию топлива. Преимущество этого метода заключается в использовании растительного вещества для дешевого улавливания углекислого газа. Растения также добавляют к топливу химическую энергию из биологических молекул. Это может быть более эффективным использованием биомассы, чем обычное биотопливо, потому что оно использует большую часть углерода и химической энергии из биомассы, вместо того чтобы высвободить столько же энергии и углерода.

В Германии имеются экспериментальные установки по производству синтетического топлива вышеназванными методами. Они находятся, в частности, в Хемнице. Автомобильная компания Audi построила такую установку в Швейцарии, а Porsche строит в Чили. Именно нехватка синтетического топлива названного качества ограничивает его использование для ДВС. Так, аналитическая компания Transport&Environment в октябре прошлого года заявила, что в 2035 году только 5 млн из 287 млн автомобилей в странах ЕС смогут использовать синтетическое топливо e-fuel.

Но скорее всего при таких прогнозах не учитываются возможности и интересы рынка. Так, норвежский консорциум Norsk e-fuel уже запустил производство синтетического керосина объемом 10 млн л в год. При этом двуокись углерода извлекается из окружающего воздуха с помощью технологии швейцарской компании Climeworks.

Плюсы и минусы

Плюсом достигнутого компромисса является то, что благодаря ему можно будет использовать уже имеющиеся части инфраструктуры топливоснабжения транспорта. Особенным преимуществом является то, что синтетическое топливо можно применять там, где имеются трудности с использованием электромобилей или где электрификация транспорта затруднена: грузовой транспорт, суда и авиация.

К недостаткам относятся низкая эффективность по сравнению с электромобилями и транспортом на ископаемых видах топлива и высокая стоимость изготовления. Пока большинство специалистов, по данным немецкого автомобильного общества ADAC, считают электромобильность эффективнее синететических топлив. Это связано как со стоимостью их производства, особенно e-fuel, так и расчетом стоимости пробега. Синтетические топлива являются энергоемкими, и если для их производства будет требоваться использование только возобновляемых источников энергии, то, как пишет интернет-портал cleanhinking.de, в Германии их просто не хватит.

Но, с другой стороны, именно они позволят продолжать эксплуатацию двигателей с ДВС. А это немаловажный фактор для миллионов владельцев таких автомобилей.