|

A szintetikus üzemanyagok

Mára gyakorlatilag közhely, hogy az ásványkincsek fogynak a bolygóról. A takarékosság egyre inkább szorongatja a haderőket, főleg anyagi megfontolásokból. Márpedig az egyre modernebb gépeket azért tervezik, hogy repüljenek is velük, ennek idejét pedig a jövőben sem szeretnék csökkenteni. Mivel pedig a légierő (és a flotta meg a szárazföldi haderő) teljes mértékben üzemanyagfüggő, érdemes lehet áttekinteni, milyen előnyöket is tartogat a szintetikus üzemanyagok alkalmazása.

Az első típus, a B-52, mely e hajtóanyaggal repült (Forrás ) ,

Hol is a probléma?

Az, hogy a nyersolaj ára egyre magasabb (és hogy mesterségesen előidézgetik az ingadozását) ismert tény. Az igazság azonban az, hogy fogyásról nem igazán lehet beszélni, mivel a mélyebb rétegekben még rengeteg van. A baj a kitermelés gazdaságosságával és legfőképpen a mennyiségével van. Mivel a világgazdaság egyre többet követel minden évben, így ezt lehetett növelni, majd elért egy pontot, ahonnan egyszerűen már nem lehet egy nap többet kitermelni. Nos, ezt a pontot durván 2005 körül érte el az emberiség. Immáron az olajmezők nem képesek kiszolgálni az egyre növekvő ipar igényeit (különös tekintettel Kína és India igénye a gond), aminek egyenes következménye az árak növekedése. Ez pedig kihat a haderőkre is.

A hadsereg mindig is az egyik legnagyobb üzemanyag fogyasztó volt, és marad is. Márpedig nagyon kevés ország önellátó, ami pedig több mint kockázatos. Stratégiai szempontból egyenesen életveszélyes, ha egy országot elvágnak az olajtól (mint azt az USA tette Japánnal, mire ők be is léptek a II. Világháborúba). A megoldás tehát megszabadulni az olajfüggőségtől, mégpedig gyorsan. Jelenleg pedig úgy tűnik, az USAF volt a leggyorsabb.

Alternatív lehetőségek

A hajtóművek üzemanyagot igényelnek, ami rendszerint valamilyen kőolajszármazék és kompresszorállt levegő keveréke. Maguk a hajtóművek azonban még annak idején (és ma is) az ilyen üzemanyagok égési karakterisztikájára lettek tervezve, ami annyit jelent, hogy eltérés az égéshőben, a sűrűségben vagy bármilyen más tulajdonságban az égés hatékonyságát veszélyeztethetné. Ezt pedig csak költséges átalakítással lehetne kiküszöbölni (és mivel az égőtér az egyik legdrágább részegység, ráadásul ez rendszerint magával vonja az átáramló levegőmennyiség változását, ami pedig a kompresszor és a turbina átalakítását vonja maga után).

Az alternatív üzemanyag megválasztása tehát abból indul ki, hogy mennyire képes megfelelni az eredeti (JP7, ma inkább JP8) üzemanyag tulajdonságainak. Természetesen létezhet hatékonyabb üzemanyag is, azonban a már létező több tízezer gázturbina (és amelyek gyártás/tervezés alatt állnak), lényegében esélytelenné teszik a közeljövőben a leváltást. Az USAF, mint az amerikai kontinens legnagyobb üzemanyag fogyasztója így egy többlépcsős megoldás keresésébe kezdett. Mivel egy hordó nyersolaj ára 100 Dollár körül mozog, így a megoldás egyre sürgetőbb. Ezt pedig egy többlépcsős folyamat keretén belül képzelik el. Az első lépcsőben még nem a teljes átállás a cél. A kísérletek jelenleg arra irányulnak, hogy az 50-50%-ban kevert hagyományos és mesterségesen előállított repülő-üzemanyag bevezetését előkészítsék. Ezzel a számítások szerint a hordónként üzemanyagár körülbelül 75 Dollár körüli értékre szorítható le, ami már elfogadható érték. A teszteket már gyakorlatilag az összes számba jöhető kategórián lefojtatták, így ez inkább mára ipari, és nem technikai kérdéssé vált.

Légi utántöltés 50-50% kevert üzemanyaggal – az F-22A megszerezte az engedélyt (Forrás) ,

Nem új megoldás

Lassan 100 éve is van annak, hogy az első, szintetikusnak tekinthető üzemanyagot előállították Németországban, szénből. Többen, több irányból is nekiálltak ennek, de az igazi lökést a Második Világháború adta. Mivel a háború egyik oka a nyersanyag éhség volt (amibe az üzemanyag is beleszámítható), így a hódítás mellett alternatív megoldásokat is kerestek, amivel kiválthatták a fejlett motorokba szükséges minőségi üzemanyagokat. Mivel sok szénben gazdag területet megszereztek és Németország szintén gazdag volt szénben, logikus volt ezt felhasználni üzemanyaggyártásra, hiszen az orosz olajmezőket nem tudták bekebelezni, míg a román területeket folyamatosan bombázták a szövetségesek. A módszer fényesen bevált, Európa több pontján is nagy telepek létesültek, valamint természetes Németországon belül is. 1944-re már naponta százezer hordónál is több szintetikus terméket állítottak elő, nagymértékben segítve ezzel a fogyatkozó ásványi olaj tartalékokat.

A háború végeztével az USA is átvette a technológiát és bele is kezdtek a gyártásba, ám az ötvenes évek folyamán a közel-keletei kőolajmezők felfedezése háttérbe szorította ennek igényét, így a továbbfejlesztés elmaradt. Ez folytatódik ma azáltal, hogy a kérdés ismét előkerült.

Mi kerül a tartályba?

Az, hogy szintetikus üzemanyag, egy tág fogalom. Alapvetően ma ebbe soroljuk mindazokat az égésre alkalmas folyadékokat, melyek földgázból, kőszénből vagy éppen biomasszából készülnek. Ezek előnye, hogy tisztábban égnek, vagyis kevésbé környezetszennyezőek. Emellett ide lehet sorolni a nem ásványi eredetű kenőanyagokat, illetve más, olaj származékok felhasználásával készülő terméket. Előállítani többféle módon is lehetséges, ez elsődlegesen bomlik a közvetlen és a közvetett előállításra. Kissé külön kategória a bio üzemanyag.

A közvetett előállítás lényege, hogy a szenet, gázt vagy éppen a biomasszát hidrogén és szénmonoxid elegyévé alakítják, általában gőzöltetéssel. Ez a köztes állapot, a syngas. Ezt a gázt aztán cseppfolyósítják a folyamat végén, de elméletileg bármilyen formába alakítható. A legelterjedtebb eljárás során (Fischer-Tropsch) a syngas valamilyen Kobalt vagy Vas bázisú katalizátorral reagál, melynek során a gáz folyékony halmazállapotba kerül. Ez lehet diesel vagy repülő üzemanyag, vagy valamilyen kenőanyag. Természetesen maga a folyamat alapjai ismertek csak, a finom (és gazdaságossá tevő) lépések alig, hiszen azok ipari titkot képeznek. Amúgy a termelés mára alaposan kezd felfutni, különösen, hogy egyre újabb technológiák születnek. A magas olajár ezt sietteti, ráadásul, mivel van mögötte támogatás (a hadsereg), így a beruházás megtérülése miatt a befektetés biztosnak látszik.

Licensz" class="size-medium" />

A közvetett előállítás egyszerű ábrája; Sfj4076, Licensz ,

Licensz">

A közvetlen előállítás is három részre bontható, ezek a pirolízis (hőbontás), a karbonizáció, és a hidrogénezés. Előbbi kettőnél a szenet oxigén nélkül hevítik, ezzel feldúsítják a szénhidrogén tartalmát a szénből képződő kátránynak, utóbbi esetén hidrogénnel dúsítják, majd hevítik az anyagot. Minkét esetben a nitrogén és a szulfidok eltávolítása után folyékony üzemanyag nyerhető. E megoldások szintén jól használhatók, de valamivel körülményesebbek, így nem terjedtek el annyira (bár ez is változó, mivel folyik a tökéletesítése).

A bio üzemanyagok alapvetően zsírból vagy szerves olajokból kerülnek előállításra. Emellett kísérleteznek a legkülönfélébb, reprodukálható anyagokkal is, mint amilyen a fa vagy a nád. Előállításuk esetében a legnagyobb probléma jelen esetben nem is technológiai, sokkal inkább gazdasági kérdés, mivel még nem dől el, melyik eljárás a legkifizetődőbb. Amennyiben igény jelentkezik rá (például a flotta által égési tulajdonságai miatt), lehetséges, hogy a gyártását fokozzák.

Stratégiai szemlélet

Az, hogy miért lett e téma ilyen sürgető, több összetevőből alakult ki. Egyrészt az említett kitermelési plafon, mely fölé már nem lehet kúszni, márpedig a világgazdaság jelenlegi működése a folyamatos növekedés elvén alapul. Ez egy gazdasági arányszámítás eredménye, több olajkút és olajtanker építése egyszerűen elnyelné az általuk előállított profitot.

Másik ok, hogy a fogyasztók száma is megnőtt. Eddig az USA, az EU és Japán voltak a fő fogyasztók, mára azonban Kína és India is óriási igényekkel jelent meg a piacon. Mivel pedig ezek az országok (elsősorban a gyors felzárkózást és a hatalmi érdekeket figyelembe véve) nem vágynak környezetbarát technológiák bevezetésére, így az igényeik csökkenése a jövőben sem várható. Mellesleg pedig az említett környezetvédelem is egyre égetőbb szempont. A bolygó egyre ramatyabb állapota gyakorlatilag elfogadott lett, amit mi sem bizonyít jobban, hogy Obama a gazdaság rovására is környezetvédelemre adta a fejét. A Pekingben megtartott Olimpia már erősen füstfelhőbe burkolózott, így a téma kilépett a másodlagos szempontok listájáról. Márpedig a szintetikus üzemanyagokat égető hajtóművek káros anyag kibocsátása igen alacsony, egyes esetekben akár zéró is lehet. Ez pedig egy igen erős lobbit állathat a bevezetés felgyorsítását szorgalmazók oldalára.

A katonák számára azonban a legfontosabb talán mégis a stratégiai függőségtől való megszabadulás. A kőolaj többsége a Közel-kelet térségéből érkezik, márpedig az a terület nem éppen a béke szinonimája manapság. Irán is jól tudja ezt, és tisztában vannak vele, hogy a világ (habár az ellenkezőjét mutatják) jobban fél az olajcsapok elzárásától, mint az ott előállított atomfegyverektől. Az USA éppen ezért okkal nem aknázta még ki teljesen az alaszkai mezőket, illetve a saját területén lévő mezőkre is fokozottan ügyelnek.

Az USAF megoldása

Az Amerikai Légierő azonban szépen csendben, minden különösebb hírverés nélkül megkezdte az átállást (ez egyébként nem csak az üzemanyagokra igaz, hiszen például több légibázis mára napelemek által nyeri az elektromos energiát). Korábban több hírben is szerepelt, de azért érdemes egy kicsit feleleveníteni a kronológiai sorrendet.

Elsőként egy B-52 repült 2006-ban 50-50%-ban kevert üzemanyaggal (két hajtómű a nyolcból). Ezzel egyrészt repüléstörténelmet sikerült írni, másrészt megnyílt az út a teljes körű alkalmazás előtt. Egyre újabb gépek kerültek sorra, mint a C-17, a B-1B, az F-15 és F-22A segítségével pedig hangsebesség feletti repülés felett is bizonyították a hajtóanyag alkalmazhatóságát (ezekről bővebben is került fel hír). Mostanra gyakorlatilag az összes lényeges típus számára alkalmazható ez a fajta üzemanyag (az A-10 teszt nemrég fejeződött be), ami kissé furának tűnik, hiszen látszólag erre még nincs se szükség, sem előállítási kapacitás.

Az USAF azt tervezi, hogy 2025-re a repülő üzemanyag 70%-a szénből előállított szintetikus üzemanyag lesz. Mivel pedig az USA a föld legnagyobb széntartalékával rendelkezik (az összes mennyiség 26%-a), ennek megvalósítása elsősorban politikai kérdés (az olaj és a szénlobbi összecsapása, amibe a cukoripar metanol párti lobbistái is beleszólhatnak). Az ipar kiépítése folyamatos, az USA és Japán pedig élen jár e területen. Mivel pedig Ausztrália szintén hatalmas szén és földgázkészletekkel rendelkezik, mindkét ország a háttérben már megkezdte a puhatolózást a témában feléjük – mivel az ország gyakorlatilag nulla szintetikus üzemanyagiparral rendelkezik és a kérdés iránt sem nagyon érdeklődik (még időpontot sem tűztek ki az efféle üzemanyag bevezetésére).

Természetesen a többi haderőnem is élénken érdeklődik a tesztek eredményeit illetően. Itt elsősorban a flotta szintetikus üzemanyag igénye a lényeges, mert bár a hajók esetén nem annyira finnyásak, de a repülő üzemanyag terén a követelmények specializáltabb volta miatt náluk némileg eltérőbb az lista.

A B-1B – egyike az első, ilyen teszteket lefolytatott harci típusnak (Forrás) ,

A gazdaság kilátásai

Az USA a kívülállók számára főleg katonai nagyhatalomnak tűnik, ám odahaza a népet ugyanúgy a gazdaság állapota érdekli igazán, mint bárhol máshol. Ennek megfelelően az említett politikai kérdés abból ered, hogy az új technológia mennyire zökkenőmentesen vezethető be (mint ahogy azt folyamatában történik például a hibrid meghajtású autókkal).

A kérdés nagyságát mi sem bizonyítja jobban, hogy bár az USAF végzi a fő teszteket, az egész közlekedési ipar meredten figyeli az eredményeket. A civil légitársaságok a másik nagy érdekelt csoport, ahol szintén megtörténtek már az első próbálkozások. A dolog pedig visszafelé is hat, mert ha egyszer az ipar berendezkedik erre és megkezdődik a nagyüzemi előállítás, az tovább csökkenti az árakat – amire pedig a légierőnek a legnagyobb szüksége van. Az igazság pedig ebből is látszik, hogy az önzetlenség nem teljesen igaz. A Pentagon okkal vette át ennek a technológiának a bevezetésével járó kockázatot és a költségeket. Mivel a polgári ipar ilyen volumenű fejlesztésbe sosem kezdett volna bele (vagy csak sokkal később), így az állami, közvetlen hasznot hozó fejlesztés az, amit a légierő valójában csinál. Ezzel pedig meg lehet kerülni azt a több évtizede ismert jelensége, hogy az olaj lobbi miként tör le minden, kőolajfüggőséget megszüntetni irányuló törekvést.

Mindenkinek jó

Mindenkinek, leszámítva a nagy kőolajtermelőket, de számukra legyen megnyugtató, hogy a teljes függést még sokáig nem lehet megszüntetni. Azonban, ha az amerikai haderő, majd velük fokozatosan szövetségeseik is átállnak az alternatív üzemanyagokra, akkor talán ezáltal lehet a legkönnyebb a világ számára kijelölni a követendő irányt. Természetesen a légierő is keres egyéb alternatív megoldásokat, például a polgári repülésben használt üzemanyag átvételét. A fejlesztések és tesztek egészét áttekintve elmondható, hogy a Légierő a ráeső munka zömét elvégezte, a többi immáron az iparon múlik. Az azonban már most elmondható, hogy talán ez az egyetlen terület, ahol ritka egyetértés van a kérdésben az ipar, a katonák és a környezetvédők között – csupán a menetrendben vannak nézeteltérések.

Felhasznált irodalom

http://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_fuel

3 hozzászólás “A szintetikus üzemanyagok”

  1. Elnézést a belekontárkodásért, a cikk nagyon érdekes, csak néhány angolul maradt szót kéne átírni magyarra, azaz pirolízis, vagy másképp hőbontás, karbonizáció és hidrogenizáció. Bár ez utóbbiakat is lehetne magyarítani.
    A Román területek pedig román területek. Ha kijavította aki írta, ez a kis hozzászólás akár törölhető is.
    Köszönet.

  2. hidrogenizáció= szénláncba való hidrogén beépítés talán így lehet magyarosítani.

    Pirolizis meg szakszerűen. Oxigén mentes atmoszférába való hő elbontás.

    Cél nem más mint nagyon hosszú szén láncok feldarabolása 18-22 szénatomot tartalmazó szén lánccá minél kisebb szénláncokat kapunk annál könnyebb nagy hatékonysággal oxidálni őket.

    Hidrogénezés pontosan ezért kell mikor a C-C kötés hasad marad
    C. ;C. árva lánc végi szenünk aki újra az árva elektronjával kötést szeretne kialakítani.
    C. számára célszerűbb ha van H kötni.

Fórum hozzászólások

There are no comments in the forum topic that is associated with this post.