Synthetische brandstoffen: baken van hoop of doodlopende weg?
Steeds weer laait de discussie over synthetische brandstoffen op als het gaat om klimaatbescherming in de transportsector. Sommigen zien synthetisch geproduceerde brandstoffen als een waardevolle technologie van de toekomst, anderen beschrijven ze als niet rendabel en onzinnig.
Synthetische brandstoffen zijn gasvormige of vloeibare brandstoffen die kunnen worden geproduceerd met behulp van elektriciteit. Ze worden ook wel power-to-X (PtX) brandstoffen, power-to-liquid (PtL) of power-to-gas (PtG) genoemd. Soms wordt ook de term powerfuels gebruikt. Op EU-niveau worden synthetische brandstoffen gedefinieerd als RFNBO (Renewable liquid and gaseous fuels of non-biological origin), met andere woorden brandstoffen die geproduceerd worden met elektriciteit uit duurzame bronnen (voornamelijk zon en wind). De Europese Commissie heeft begin 2023 regels opgesteld voor de productie van RFNBO als aanvulling op de Renewable Energy Directive (RED II). Volgens deze regels wordt kernenergie nog steeds niet beschouwd als duurzame energie, maar volgens sommige EU-lidstaten moet kernenergie in de toekomst zeker een rol spelen bij de productie van synthetische brandstoffen. Over deze kwestie wordt nog altijd gediscussieerd.
Energie-intensieve productie
De productie van kerosine, diesel en benzine als synthetische brandstoffen is over het algemeen gebaseerd op een eeuwenoud proces dat het Fischer-Tropsch proces wordt genoemd. Hierbij worden lange koolwaterstofketens gevormd uit het synthesegas - een mengsel van waterstof (H) en koolmonoxide (CO) - en de resulterende ‘e-aardolie’ kan vervolgens worden geraffineerd tot brandstoffen. Om Synthetische brandstoffen als ‘groen’ te kwalificeren, moet de waterstof worden geproduceerd met behulp van elektriciteit uit hernieuwbare bronnen in overeenstemming met RED II. Over het algemeen gebeurt dit door middel van elektrolyse. De koolmonoxide moet afkomstig zijn van koolstofdioxide (CO2) dat eerder aan de omgevingslucht is onttrokken (direct air capture). Recente studies geven aan dat dit hele proces, inclusief zeewaterontzilting om te voldoen aan de waterbehoefte voor waterstofproductie, ertoe leidt dat de energie-inhoud van de e-aardolie gelijk is aan slechts een derde of zelfs minder van de elektriciteit die gebruikt wordt om de olie te maken. Het daaropvolgende raffinageproces vereist dan nog meer energie.
Recente studies geven aan dat dit hele proces, inclusief zeewaterontzilting om te voldoen aan de waterbehoefte voor waterstofproductie, ertoe leidt dat de energie-inhoud van de e-aardolie gelijk is aan slechts een derde of zelfs minder van de elektriciteit die gebruikt wordt om de olie te makenl.
Het gebruik in lucht- en zeetransport
Toch zijn synthetische brandstoffen die geproduceerd worden met behulp van het Fischer-Tropsch-proces momenteel de enige manier voor de luchtvaartindustrie om de CO2-uitstoot op langeafstandsvluchten tot bijna nul te reduceren. Samen met biogene duurzame vliegtuigbrandstoffen (SAF's) wordt e-kerosine momenteel gezien als het baken van hoop voor de industrie. Het raffinageproces dat e-kerosine creëert, produceert ook hernieuwbare diesel als bijproduct. Sommigen denken dat dit betekent dat er misschien toch een toekomst is voor synthetische brandstoffen in het wegtransport. Dit zal echter niet het geval zijn op de korte of middellange termijn, zoals de volgende cijfers illustreren: In Duitsland zal de productie van e-kerosine naar verwachting 2 procent van de totale productie uitmaken in 2030, of ongeveer 200.000 ton per jaar. Dit proces zou ook ongeveer 100.000 ton hernieuwbare diesel genereren. Dit komt echter overeen met slechts 0,3 procent van het huidige dieselverbruik in Duitsland. Vanwege de beperkte beschikbaarheid en de aanzienlijk hogere kosten zal hernieuwbare diesel daarom alleen worden gebruikt in speciale toepassingen waar er geen technisch en economisch alternatief is voor de dieselmotor, of als bijmenging bij fossiele brandstoffen, vergelijkbaar met de huidige bioblends in benzine en diesel.
Ook in de scheepvaart is er vraag naar synthetische brandstoffen. De grote vrachtschepen van vandaag varen op zware olie, maar binnenkort zullen ze e-methanol (CH4O) bunkeren. Containerrederij Maersk heeft al 19 van zulke schepen besteld. E-methanol wordt rechtstreeks geproduceerd uit groene waterstof en CO2 in een apart proces. Behalve in de scheepvaart is er vooral vraag naar dit product in de chemische industrie. Verdere verwerking tot diesel is ook mogelijk, maar ook dit is erg kostbaar.
Naast e-methanol richt de scheepvaartindustrie zich op de lange termijn op e-ammoniak (NH3). De motortechnologieën hiervoor zijn nog niet volledig ontwikkeld en de brandstof is zeer giftig, dus het gebruik ervan is alleen zinvol op grote schepen. Vooruitkijkend zou deze synthetische brandstof in het komende decennium echter e-methanol kunnen vervangen. Voor de productie van e-ammoniak is namelijk groene waterstof nodig, maar geen CO2. In plaats daarvan wordt stikstof (N) uit de omgevingslucht gebruikt, in een proces dat veel efficiënter is dan het opvangen van CO2-moleculen.
Synthetische brandstoffen maken deel uit van de nieuwe groene waterstofeconomie en zijn dus een technologie van de toekomst die de maatschappij dringend nodig heeft voor de overgang naar emissievrije technologieën. Ze worden echter in heel verschillende processen geproduceerd en zijn nodig voor heel verschillende doeleinden, waaronder met name intercontinentaal energietransport en het koolstofvrij maken van de zeevaart en luchtvaart. Zoals het er nu uitziet, zullen synthetische brandstoffen geen grote rol spelen in het Europese vervoer.