Bude konec výroby elektřiny znamenat pro uhlí konečnou? Další uplatnění může najít při výrobě kapalných paliv

Uhlí je v současné době pro lidstvo jedním z hlavních zdrojů energie, přičemž jeho pozice bude vzhledem k rostoucí spotřebě energie pravděpodobně velmi silná i v nadcházejících desetiletích. Uhlí je sice v posledních letech v oblasti výroby elektrické energie v některých zemích vytlačováno zejména zemním plynem, větrnými a fotovoltaickými elektrárnami nebo biomasou, v budoucnu by se nicméně mohlo více uplatit při výrobě kapalných paliv, a to především v zemích, které mají dostatek uhlí, ale nedisponují zásobami vlastní ropy.

Proces výroby kapalných paliv z uhlí (CTL) byl vyvinut v Německu již před téměř 100 lety, vzhledem k vysokému objemu těžby ropy a jejím relativně nízkým cenám však v současné není nijak významně využíván. Většímu rozšíření této technologie brání zejména vysoká cena takto produkovaných paliv ve srovnání s konvenčními ropnými palivy. S postupným poklesem využívání uhlí v sektoru elektroenergetiky a vývojem účinnějších katalyzátorů by však tato metoda nemusela zcela upadnout v zapomnění.

Proces CTL probíhá ve dvou fázích. Zpočátku je nutné uhlí přeměnit na syntetický plyn, který je tvořen směsí oxidu uhelnatého a vodíku. V druhé fázi je tato směs následně pomocí takzvané Fischer–Tropschovy syntézy přeměněna na kapalná paliva. Než k této syntéze může dojít, je potřeba upravit složení směsi tak, aby na jejím konci vznikla požadovaná kapalná paliva. Pro zvýšení obsahu vodíku ve směsi je část oxidu uhelnatého při reakci s vodou přeměna na vodík a oxid uhličitý.

Výsledná směs oxidu uhelnatého a vodíku je následně v reaktorech přeměněna za pomoci katalyzátorů, obvykle na bázi železa, na kapalné palivo. Pro tuto syntézu jsou klíčové právě katalyzátory, na které se zaměřili vědci z čínského Národního institutu čisté a nízkoemisní energie a Eindhovenské technické univerzity.

Rozhodujícím faktorem je čistota katalyzátoru

Přestože je katalyzátor pro průběh reakce nezbytný, současně přemění zhruba 30 % oxidu uhelnatého ve směsi na oxid uhličitý, v této fázi již nechtěný vedlejší produkt. Plyn je rovněž obtížné zachytit, a proto bývá často vypouštěn ve velkém objemu bez jakéhokoliv užitku.

Čínští a nizozemští vědci však zjistili, že CO2 během syntézy vzniká kvůli nečistotám obsaženým v katalyzátoru. Vědcům se nyní podařilo vyrobit katalyzátor z čistého karbidu železa, s jehož využitím nedochází během syntézy k téměř žádnému dalšímu vzniku oxidu uhličitého, což výrazně zvyšuje energetickou účinnost celého procesu, a tedy snižuje výslednou cenu produkovaného paliva. Čistý karbid železa ve struktuře ε je podle vědců rovněž velmi stabilní za běžných průmyslových teplotních a tlakových podmínek.

„Jsme si vědomi toho, že naše nová technologie vede k využívání fosilních paliv získávaných z uhlí. Nicméně je velmi pravděpodobné, že země s vydatnými zásobami uhlí budou své uhelné zásoby využívat i v nadcházejících desetiletích. Chceme jim pomoci uhlí využívat tím nejvíce udržitelným způsobem,“ říká Emiel Hensen, vedoucí studie z Eindhoven University of Technology.

Účinnější katalyzátory na bázi železa by tak mohly omezit snahy o vytvoření katalyzátorů na bázi kobaltu, které sice nezpůsobují další přeměnu CO na CO2, ale vzhledem k vysoké ceně kobaltu kvůli jeho intenzivnímu využívání v lithium-iontových bateriích jsou velmi drahé.

Vedoucí projektu Emiel Hensen očekává, že nové katalyzátory budou hrát významnou roli v energetickém i chemickém průmyslu. Vstupní surovinou pro výrobu kapalných paliv by totiž nemusela být pouze fosilní paliva jako uhlí či plyn, ale rovněž odpad či biomasa.