Płynne nadzieje

GTL, CTL i BTL – trzy akronimy robią ostatnio karierę na rynku paliw. To angielskie skróty od gas to liquid, carbon to liquid i biomasse to liquid. Opisują sposoby produkcji syntetycznych paliw płynnych z naturalnego gazu ziemnego, węgla oraz – na razie raczej hipotetycznie – z odpadów roślinnych. Historycznie pierwsze było CTL – upłynnianie węgla. Dokonał tego w 1913 r. Friedrich Bergius w prywatnym laboratorium w Hanowerze. Późniejszy noblista w 1927 r. udoskonalił swój proces na tyle, że w zakładach w Leuna rozpoczęto produkcję syntiny – syntetycznej benzyny. Równolegle prace prowadził zespół z Kaiser Wilhelm Institute, kierowany przez Franza Fischera i Hansa Tropsha. Badacze w obu zespołach wychodzili z tego samego założenia – kopalne węgle zawierają za mało wodoru, aby mogły być przydatne do wybuchowego spalania w silnikach spalinowych. Zespół Bergiusa wybrał metodę bezpośrednią uzupełnienia niedoboru – mielono węgiel na pył, mieszano go z ciężkim olejem, dodawano gazowy wodór i ogrzewano pod bardzo
wysokim ciśnieniem. Fischer i Tropsch zastosowali sposób pośredni: węgiel spalano w kontrolowanych warunkach, dodając parę wodną uzyskiwano tzw. gaz syntezowy – mieszaninę wodoru i tlenku węgla. Gaz przepuszczano przez katalizator, następowała zmiana połączeń chemicznych i z reaktora zaczynała płynąć gęsta brunatna ciecz podobna do ropy naftowej. Metoda Fischera-Tropscha (w skrócie F-T) została wdrożona do produkcji dwa lata wcześniej niż Bergiusa, ale podczas wojny przegrała o kilka długości z konkurentem i nie była stosowana na większą skalę.

Początkowo motorem doświadczeń popieranych przez lobby węglowe była chęć zagospodarowania nadwyżek węgla kamiennego z Zagłębia Ruhry. Naukowcy nie mieli zamiaru tworzyć technologii umożliwiającej prowadzenie wojny mimo braku złóż ropy naftowej. Złowrogi sens badaniom nadał Albert Speer, który dostrzegł szansę i pomysł podsunął Hitlerowi. Przy hojnej dotacji Rzeszy do 1939 r. powstało 25 dużych wytwórni syntiny, nie licząc dziesiątków mniejszych, produkujących uzupełniające komponenty (fabryki działały również na dzisiejszym terytorium Polski: w Policach, Oświęcimiu, Blachowni, Kędzierzynie-Koźlu i wielu innych miejscach). Skala produkcji była zdumiewająca: w 1938 r. – 1,4 mln ton, co stanowiło 20 proc. ówczesnego zużycia, w 1943 r. już 5 mln ton – 56 proc. zużycia. Lotnictwo w 92 proc. polegało na syntinie, transport cywilny napędzano wyłącznie benzynowym ersatzem. W pierwszych miesiącach 1944 r. produkcja jeszcze wzrosła, ale później zaczęła spadać, bowiem alianci zaczęli bombardować fabryki syntiny, co
radykalnie przyspieszyło koniec wojny.

Jeszcze nie wystygły gruzy niemieckich kombinatów, gdy pojawiły się na nich alianckie komisje polujące na tajemnice owianej legendą produkcji. O dziwo, niemieccy specjaliści współpracowali chętnie, alianci zebrali ponad milion stron dokumentacji i rysunków. W ramach operacji Paperclip przesiedlono do USA kilkuset fachowców z rodzinami. Podobnie działali Rosjanie – przez rok tereny zniszczonej fabryki w Policach miały dziwaczny status prawny: formalnie należały do Polski, zarządzane były przez niemiecki personel, a kontrolowali je Rosjanie, którzy starannie oczyścili zakłady z dokumentacji i ważniejszych urządzeń, a w końcu również z inżynierów. Nie wiadomo, czy Rosjanom przydały się do czegoś sekrety Hydrierwerke Pölitz, ale Amerykanie rozpoczęli doświadczenia na dużą skalę. W 1944 r. Kongres zatwierdził narodowy plan badań z budżetem 30 mln dol. Dotacje każdego roku wzrastały – do 1985 r. wydano 8 mld dol. Metodę Bergiusa, przywiezioną z Niemiec już w 1945 r., zastosowano w wojskowym zakładzie chemicznym w
pobliżu St. Louis. W innej fabryce wdrażano nieco bardziej wyrafinowany proces F-T, jednakże z miernym powodzeniem – wytwórnia za 5 mln dol., na skutek problemów z katalizatorem, wydusiła z węgla tylko 131 ton paliwa.

Klimat dla paliw syntetycznych zaczął się wkrótce pogarszać – nadchodziła era bajecznie taniej ropy z Bliskiego Wschodu. W 1953 r. prezydent Eisenhower zawiesił program. Odtąd badania, a później również produkcję, prowadzono w zmiennym rytmie: intensywnym, gdy ropa drożała (np. po kryzysie w 1973 r.) i na pół gwizdka, gdy była względnie tania. Mimo ciągłych zmian koniunktury na rynku amerykańskim przetrwało sporo firm, głównie z powodu ulg podatkowych, którymi rząd nagradzał racjonalne wykorzystywanie złóż węgla. Ostatnio produkcja wzrosła i stała się na tyle opłacalna, że ulgi podatkowe mają zostać zawieszone.

Jedna gwiazda błyszczy od lat na rynku paliw syntetycznych – to koncern chemiczny Sasol z RPA. W 1955 r., gdy w USA zamykano ostatnie zakłady doświadczalne, w Sasolbourg- uruchamiano pierwszą wytwórnię produkującą na skalę przemysłową benzynę z węgla kamiennego metodą F-T. Czynnikiem sprawczym była tutaj ponura doktryna apartheidu. Społeczność międzynarodowa, obok potępienia moralnego, stosowała wobec RPA również sankcje gospodarcze, z blokowaniem dostaw ropy naftowej włącznie. A w tym kraju, podobnie jak w III Rzeszy, nie było złóż ropy – były natomiast spore złoża węgla. Wybór był prosty. Dotacje państwowe czynią cuda, w tym wypadku również zadziałały – mimo sankcji gospodarczych w RPA benzyny nie zabrakło. Dzisiaj nie ma już apartheidu, ale nowoczesna wytwórnia w Secunda wciąż produkuje benzynę i olej napędowy z węgla, pokrywając w 37 proc.

zapotrzebowanie kraju. Z 3 kg węgla uzyskuje się około litra paliwa. Podczas gdy na świecie badania nad paliwami syntetycznymi właściwie zarzucono, w Sasol pracowano intensywnie. Dzisiaj koncern jest właścicielem najcenniejszych patentów w branży.

Jednak to nie węgiel przykuwa ostatnio uwagę specjalistów w Sasol i w dziesiątkach innych ośrodków na świecie. Na topie jest GTL – synteza paliw płynnych z naturalnego gazu ziemnego. Gaz ziemny to prawie czysty metan, a od dawna wiadomo, że ten najprostszy węglowodór, złożony z czterech atomów wodoru i jednego atomu węgla, poddany działaniu przegrzanej pary wodnej w obecności katalizatorów przekształca się w wodór i tlenek węgla – czyli nic innego jak gaz syntezowy, podstawę procesu F-T. System był gotowy, ale nie budził zainteresowania do czasu wprowadzenia drakońskich norm emisji spalin dla silników wysokoprężnych. Nowe przepisy wymuszają poprawę jakości oleju napędowego, a z tym rafinerie mają kłopot. Okazało się jednak, że paliwo syntetyzowane z gazu ziemnego z nadwyżką spełnia nowe wymagania – nie zawiera prawie w ogóle siarki, ma znikomą zawartość związków aromatycznych, niską gęstość, a na dodatek spala się lepiej od klasycznego paliwa dieslowskiego. Superdiesel już jest produkowany w RPA, Malezji
(Shell) oraz Katarze, gdzie w czerwcu 2006 r. uruchomiono instalację Oryx – wspólne przedsięwzięcie Sasol i państwowego Qatar Petroleum. Zakład, wybudowany kosztem 950 mln dol., wytwarza 5,5 mln l paliwa dziennie, docelowo ma produkować trzykrotnie więcej. W lutym 2007 r. rozpoczęto budowę kolejnego, znacznie większego zakładu Pearl GTL, tym razem wspólnie z Shellem. Koszt tej inwestycji wyniesie 10 mld dol. Podobna instalacja jest montowana w Nigerii, w terminalu naftowym Escravos. Na świecie działa kilkadziesiąt wytwórni testowych różnej wielkości, wiele z nich w Stanach Zjednoczonych, gdzie technologią GTL interesuje się wojsko. W maju 2006 r. na pustyni Mojave przeprowadzono próby zastosowania syntetycznego jet-fuel do napędu B-52. Dostawcą paliwa jest firma Syntroleum, produkująca również syntetyczny olej napędowy o zerowej zawartości siarki. A gdzie to cudo można zatankować? W czystej postaci raczej trudno, ale jako komponent, a często główny składnik, występuje w paliwach nowej generacji, które
ostatnio pojawiły się w dużych stacjach benzynowych.

Technologia GTL może rozwiązać problem tzw. izolowanych pól gazowych, czyli złóż, do których nie opłaca się doprowadzać rurociągów. Wbrew pozorom takich miejsc jest na świecie sporo. Do tej pory jedynym wyjściem – dosyć kosztownym – było skraplanie gazu. Nowa technologia daje alternatywne i prawdopodobnie nieco tańsze rozwiązanie.

Na początku lat 80. Niemcy mieli ambitny plan zbudowania kosztem 7 mld dol. 14 zakładów przerabiających węgiel na paliwa syntetyczne. Produkcja miała w 1986 r. pokryć 10 proc. krajowego zapotrzebowania. Podobne projekty zatwierdzano w USA (planowane nakłady – 88 mld dol.), Wielkiej Brytanii, Francji i kilku innych krajach, między innymi w Polsce. Pod koniec lat 80. te programy były warte tyle co papier, na którym je zapisano – wszystko poszło do kosza. Świat bowiem zachłysnął się ropą i gazem. Po co mozolić się nad skomplikowaną i kosztowną produkcją paliw syntetycznych, skoro ropa naftowa jest tak tania, a gaz ziemny lepszy od węgla? Górnictwo w cywilizowanych krajach stało się passé – było brudne, uciążliwe dla środowiska, dostarczało wątpliwej jakości paliw za horrendalną cenę. Nie można negować tych zarzutów, jednak coś zaczyna się zmieniać. Odkąd ceny ropy i gazu zaczęły bić rekordy, a szantaż energetyczny stał się rutynową praktyką w stosunkach międzynarodowych, doradcy rządowi w wielu krajach rzucili
się do odkurzania starych programów budowy narodowych przemysłów paliw syntetycznych. Sasol nie może nadążyć z koordynacją rozmów handlowych na wysokim szczeblu. W czerwcu 2006 r., w obecności premiera Chin, podpisano w Kapsztadzie umowę o wspólnej budowie dużych zakładów w Shoanxi i Ningxia – każdy będzie kosztował 5 mld dol. W USA dopinane są kontrakty na budowę 25 instalacji, w tym dwóch po 3 mld za sztukę. A co w Polsce?

– Ostatnie badania na większą skalę prowadzono na przełomie lat 70. i 80. Po tak długiej przerwie istnieje konieczność odnowienia wiedzy, tym bardziej że specjaliści wykruszyli się w sposób naturalny. Od czerwca 2006 r. realizujemy wspólnie z 14 innymi ośrodkami trzyletni program badań dotyczący chemicznej konwersji węgla, finansowany przez MNiSW – mówi dr Marek Ściążko, dyrektor Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu. Będziemy zatem mieli wkrótce polską syntinę? Niezupełnie. Jak wyjaśnia dr Ściążko, chodzi tu docelowo o zakład przerabiający 6 mln ton polskiego węgla rocznie, zbudowany od podstaw za 2,5 mld dol.! Stawka jest wysoka. Nie da się ukryć, potrzebna jest decyzja polityczna – kto bowiem zagwarantuje potencjalnym inwestorom, że ropa nagle nie stanieje albo że nie pojawią się rewolucyjne ogniwa paliwowe, które całkowicie wyprą benzynę?

Ponadto pojawił się nowy element, nieznany w latach 70. – protokół z Kioto, ograniczający emisję CO2. Wytwórnie syntiny do ekologicznych nie należą – emitują znacznie więcej tego gazu niż klasyczne rafinerie. Nie ma to znaczenia dla Chin i USA, które nie podpisały protokołu, ale w warunkach europejskich trzeba to koniecznie brać pod uwagę. Innymi zanieczyszczeniami można się nie przejmować – nowoczesne zakłady tego typu nie mają nic wspólnego ze staroświeckimi fabryczkami: wszystkie procesy są ciśnieniowe, z konieczności hermetyzowane i właściwie nic poza CO2 nie wydostaje się na zewnątrz. A co z tej przeróbki narodowego bogactwa może mieć zwykły obywatel? Jeśli chodzi o cenę paliwa na stacji benzynowej, z góry należy uprzedzić, że nic. W starszych analizach można przeczytać, że konwersja węgla na paliwo płynne jest opłacalna przy cenach ropy na poziomie 35 dol. za baryłkę. Można się jednak założyć, że producenci udowodnią, iż dokładają do tego interesu, a jeśli nawet coś im zostanie, i tak zostanie obłożone
stosownym podatkiem i akcyzą. Paliwo syntetyczne na pewno nie będzie tańsze, ale jest szansa, że w ogóle będzie – a to już dużo!

MIROSŁAW RUTKOWSKI

Barierą rozwoju przemysłu paliw syntetycznych jest jego olbrzymia kapitałochłonność. Trudno jest zachęcić inwestorów do włożenia dużych pieniędzy w dosyć niepewny interes – nie dość, że zależny od fluktuacji na rynku ropy naftowej, to jeszcze wrażliwy na konkurencję alternatywnych rodzajów napędu: wodorowego, elektrycznego czy gazowego.

Jak uważają specjaliści z Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, racjonalnym rozwiązaniem może być tzw. ścieżka metanolowa. Pierwszy stopień wytwórni byłby klasyczny: z węgla spalanego w kontrolowanym procesie uzyskiwano by gaz syntezowy. Gaz można jednak przetwarzać na różne sposoby, zmieniając tylko fizyczne warunki reakcji i rodzaj katalizatorów. Procesy na oko są podobne, ale produkty reakcji zupełnie różne: może to być paliwo silnikowe, ale również metanol. To paskudna trucizna, ale znakomity półprodukt chemiczny. Można go używać do produkcji farb, tworzyw sztucznych oraz jako dodatek do paliw, zwłaszcza lotniczych. Co więcej, od 1963 r. istnieje patent Mobil M-gas, pozwalający w jednym procesie przetworzyć metanol na benzynę. Kluczem do cudownej przemiany jest katalizator – sekret firmy Mobil.

Co jednak daje inwestorowi taka pokrętna organizacja produkcji? Przede wszystkim elastyczność – gdy ropa naftowa jest droga, można z metanolu produkować wyłącznie benzynę. Gdy ropa tanieje, zamiast benzyny można sprzedawać metanol, a zbyt na ten produkt jest prawie nieograniczony. W Policach Niemcy przegrały wojnę

Pierwsza fala bombowców amerykańskiej 8 Floty pojawiła się nad małym miasteczkiem Police, w pobliżu Szczecina, w samo południe 12 maja 1944 r. Bomby zrzucone przez 935 samolotów spadły na Hydrierwerke Pölitz AG – wytwórnię syntetycznej benzyny, produkowanej z węgla kamiennego i brunatnego. W kilka godzin było po wszystkim – III Rzesza przegrała wojnę. Aliantom udało się trafić w najczulszy punkt machiny wojennej – Luftwaffe używała prawie wyłącznie paliw syntetycznych, a większość benzyny lotniczej dostarczały właśnie Police. Do końca wojny Niemcy nie zdołali odtworzyć zdolności produkcyjnych fabryki, alianci zresztą bombardowali ją jeszcze kilkakrotnie. Możliwości operacyjne niemieckiego lotnictwa drastycznie się skurczyły, resztek paliwa starczało tylko do obrony własnego terytorium, alianci wywalczyli panowanie w powietrzu – klucz do zwycięstwa. Dzisiaj ruiny Hydrierwerke wciąż jeszcze widać w krajobrazie – ponure betonowe blokhauzy i zardzewiałe urządzenia porastają bujnie samosiejki. Władze samorządowe
planują udostępnienie ruin turystom na wzór twierdzy w Kłodzku. Na razie jest to raj dla złomiarzy i poszukiwaczy skarbów, którzy odkryli, że fabryka ma rozległe podziemia – w takich lochach Niemcy być może coś ukryli, może Bursztynową Komnatę?

Mirosław Rutkowski