Was steckt in fossilen Brennstoffen, die wir nicht in Massen produzieren können?

Da Kraftstoff aus verschiedenen Molekülketten besteht, ist meine Frage, warum wir nicht dieselbe Molekülstruktur herstellen und dieselbe Struktur in einem Labor reproduzieren können, damit wir nicht ausgehen müssen?

Ich verstehe, dass es viel mehr gibt und es nicht so einfach ist, wie ich es erscheinen lasse, aber deshalb frage ich: Was sind die Herausforderungen bei so etwas? Können wir nicht die gleiche Struktur machen?

Auch als Randbemerkung: Haben Kraftstoffe bereits Sauerstoffmoleküle in der Kette oder erhalten sie diese Moleküle erst beim Mischen des Sauerstoffs mithilfe von Ventilen?

Gehört das hierher oder ins Chemiebrett?
Schlagen Sie vor, es zur Verwendung bei der Herstellung von Kunststoffen usw. herzustellen oder es zur Energiegewinnung zu verbrennen?
Öl kann mit verschiedenen Methoden produziert werden, das ist nicht das Problem. Das Problem ist, dass die Herstellung in einem Labor viel mehr kosten würde, als es aus dem Boden zu bohren, insbesondere in den Mengen, die wir verwenden.
Die Energie, technisch.
Woraus erstellen? Dünne Luft?
Energie ist das wichtigste Bit. Es ist auch eine billige Quelle für Wasserstoff. Es ist ziemlich einfach, Öl aus Kohle herzustellen, aber das ist nur in begrenzten Szenarien nützlich. Es wäre technisch möglich, Kohlendioxid einzufangen und Wasser zur Herstellung von synthetischem Öl zu verwenden, aber das ist 1) ein riesiger Nettoenergieverlust und 2) viel teurer, als nur das Zeug zu bohren. Aber keine Sorge, wenn das Öl zur Neige geht (wird nicht so schnell passieren), da es teurer wird, werden ziemlich schnell Alternativen auftauchen :)
Sie könnten wahrscheinlich Öl für Energie synthetisieren, indem Sie "die Energie wieder in Kohlendioxid und Wasser zurückgeben", aber woher bekommen Sie dann diese Energie, und warum verwenden Sie sie nicht einfach, um Autos und andere Dinge direkt anzutreiben?
Diese Frage ist nicht zum Thema, da sie absolut nichts mit der Autoreparatur zu tun hat.
Wir pumpen jeden Tag etwa 1,4 * 10^10 Liter (14.000.000.000 Liter) Öl aus dem Boden . Was war das jetzt noch mal mit der Massenproduktion? (Obwohl wir fairerweise kein Öl produzieren , wir extrahieren Öl, das durch natürliche Prozesse über Millionen von Jahren produziert wurde.) Wolfram Alpha vergleicht diese Menge mit etwa 1/35 des Volumens des Hafens von Sydney . Jeden Monat etwa ein Ölhafen in Sydney . Oder jeden Tag ein Würfel mit einer Seitenlänge von etwa 240 Metern .
Und was die Nicht-Brennstoff-Verwendung betrifft (ungefähr 80-90 % des produzierten Öls werden tatsächlich als Brennstoff verwendet, und Kohle ist ziemlich ähnlich), ist es auch unsere Hauptquelle für Schwefel - das ist der Teil, für den wir Öl verwenden produzieren Düngemittel und Medikamente. Dies ist ein typischer Fall, in dem Abfall zu einem Schatz wird – Schwefel ist ein Abfallprodukt der Ölverarbeitung und eine enorm wichtige Ressource in der Industrie. Wir können es auch anderswo bekommen, aber es ist ein bisschen teurer.
Sparsamkeit, Einsparungen und Wirtschaftlichkeit
Wir stellen seit einigen Jahren synthetischen Kraftstoff und Öl her, es ist einfach nicht machbar, in den Mengen zu produzieren, die wir derzeit aus dem Boden pumpen.

Antworten (11)

Öl, wie es aus dem Boden kommt, ist eine Mischung aus Kohlenwasserstoffverbindungen, die die Überreste von Ablagerungen von Algen und mikroskopisch kleinen Tieren sind, auch Phytoplankton und Zooplankton genannt.

Wissenschaftler haben bereits synthetische fossile Brennstoffe geschaffen.

Die Bemühungen

1 . Derzeit gibt es in San Diego, Kalifornien, einen Aufwand von 300 Millionen Dollar (eigentlich viel größer) von einer Firma namens Synthetic Genomics und Exxon Mobil, um Algen zur Herstellung von Öl zu verwenden. Die Lipide, eine Form von Fett, in den Algen sind ein Hauptbestandteil des Rohöls.

Auszug aus: http://www.sandiegouniontribune.com/news/2009/jul/15/1n15algae001356-deal-blooms-algae-biofuel-research/?uniontrib

Ein Biotechnologieunternehmen aus San Diego unter der Leitung des Genomik-Pioniers J. Craig Venter hat einen Vertrag mit Exxon Mobil abgeschlossen, der mehr als 300 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln für die Entwicklung von Biokraftstoffen aus Algen umfassen könnte.

Venter, der vor allem für seine Rolle bei der Sequenzierung des menschlichen Genoms bekannt ist, sagte gestern, dass seine Firma Synthetic Genomics ein lokales Gewächshaus und eine Testanlage plant, um Tausende von Algenstämmen aus der ganzen Welt zu untersuchen.

Das letztendliche Ziel ist es, Algen zu entwickeln, die die Energie der Sonne nutzen würden, um Kohlendioxid in großen Mengen in Öle und Kohlenwasserstoffe umzuwandeln – eine Leistung, die bei natürlich vorkommenden Algen unerschwinglich wäre.

Ab sofort ist das obige Projekt gescheitert und befindet sich wieder auf dem Reißbrett.

Auszug aus: https://www.technologyreview.com/s/515041/exxon-takes-algae-fuel-back-to-the-drawing-board/

Diese Bemühungen scheinen den Code für billige Algenbrennstoffe nicht geknackt zu haben. In einer neuen Vereinbarung zwischen den Unternehmen schickt Exxon Synthetic Genomics zurück ins Labor, um mehr Grundlagenforschung zu betreiben. Sie wird sich jetzt auf ihre gleichnamige Technologie konzentrieren – die synthetische Genomik, eine relativ neue Wissenschaft, die große Veränderungen an Genomen vornimmt, sogar bis hin zum Aufbau ganz neuer. Das Ziel bleibt dasselbe: „Stämme zu entwickeln, die sich schnell vermehren, einen hohen Anteil an Lipiden produzieren und den Umwelt- und Betriebsbedingungen effektiv standhalten.“

2 . Chevron arbeitet gemeinsam mit einem Unternehmen namens Catchlight Energy daran, Algen als Rohstoff für die Erdölherstellung zu verwenden. Chevron ist auch eine Partnerschaft mit Weyerhaueser Co eingegangen, einem der weltweit größten Unternehmen für Forstprodukte, um mit der Verwendung von Holzabfällen zu beginnen. Die im Holz vorkommende Lignozellulose ist auch ein Bestandteil des Erdöls.

Auszug aus: http://investor.chevron.com/phoenix.zhtml?c=130102&p=irol-newsArticle&ID=984280&highlight=

Die Chevron Corporation (NYSE: CVX) und die Weyerhaeuser Company (NYSE: WY) gaben heute eine Absichtserklärung (LOI) bekannt, um gemeinsam die Machbarkeit der Kommerzialisierung der Produktion von Biokraftstoffen aus zellulosebasierten Quellen zu prüfen.

Die Unternehmen werden sich auf die Erforschung und Entwicklung von Technologien konzentrieren, die Holzfasern und andere Non-Food-Quellen von Zellulose in wirtschaftliche, sauber verbrennende Biokraftstoffe für Autos und Lastwagen umwandeln können. Zu den Rohstoffoptionen gehören eine breite Palette von Materialien aus dem bestehenden Forst- und Mühlensystem von Weyerhaeuser sowie Zellulosekulturen, die auf den von Weyerhaeuser bewirtschafteten Forstplantagen angebaut werden.

In der Natur dauert es Millionen von Jahren, bis sich diese organischen Materialien in Öl und Erdgas verwandeln, weil es so lange dauert, bis sie in einer Tiefe vergraben sind, in der Temperatur und Druck hoch genug sind, um diese Materialien in Erdöl umzuwandeln .

In Wirklichkeit kann die Zeit, die benötigt wird, um diese von Algen in Öl umzuwandeln, weniger als ein paar hundert Jahre betragen, und das liegt wiederum an den langsamen Temperatur- und Druckänderungen in einer geologischen Umgebung.

Öl wurde in Sedimentablagerungen erzeugt und gefunden, die erst 1000 Jahre alt sind, daher sind keine Millionen von Jahren erforderlich. In einer industriellen Umgebung kann dies alles in wenigen Stunden oder Tagen erledigt werden.

Herausforderung

Im Labor kann organisches Material in einer inerten Atmosphäre mit Wasser unter Druck (~150 atm) erhitzt werden (~320 °C), um die natürlichen Prozesse zu simulieren, die Millionen von Jahren dauern, im Labor jedoch nur wenige Tage dauern. Dies liegt an der einfachen Thermodynamik, Tausende von Jahren bei 100 ° C oder einige Tage bei 320 ° C ergeben ähnliche Produkte.

Mit dieser Technik wird analysiert, ob unreife Gesteine, wenn sie tiefer vergraben worden wären, Erdöl produzieren könnten. So kann es als Hilfsmittel zur Suche nach Öllagerstätten eingesetzt werden.

Es ist nicht wirtschaftlich, dies in großem Maßstab zu tun, da so viel Energie in das System gesteckt werden muss.

Nebensache

Was diesen Punkt betrifft,

Die chemische Zusammensetzung von Benzin enthält Sauerstoff, wie z. B. mit Ethanol gemischtes Benzin oder mit Methanol gemischtes Benzin, aber es kann sich nicht wie Sauerstoff verhalten. Es braucht also Sauerstoff von außen, nämlich Luft. Wenn diese beiden Komponenten gezündet werden, verbrennt es und setzt Energie frei. Grundlegende Chemie.

Hier ist die Reaktion, die während des Verbrennungstakts in einem Zylinder stattfindet.

2C 8 H 18 + 25 O 2 → 16 CO 2 + 18 H 2 O

Hoffe das hilft!

Das ist wirklich toll. Gute Informationen und solide Referenzen. Gut erledigt.
In der Tat. Es ist das nächste Level. +1
Beeindruckendes Detail, aber es geht wirklich nur um die Energie. Mit genügend Energie können Chemiker alles herstellen.
Tolle Antwort mein Freund. Also, wie jemand sagte, es erfordert meistens Energie. Wie könnten sie die Energie der Sonne mit dem von ihnen geschaffenen Kraftstoff kombinieren? Auch als eine andere Frage, die ich vielleicht stellen könnte, warum haben bestimmte Organismen nur die Fähigkeit, fossile Brennstoffe zu erzeugen? Und was macht das Hinzufügen von Druck, Hitze und Jahren mit dem Organismus, der es verändert, um in Brennstoff umgewandelt werden zu können?
@LostPecti: Du vermischst zwei Dinge. Man macht Brennstoff aus toten Organismen. So haben Hitze, Druck und Sauerstoffmangel im Laufe der Jahrtausende aus einer Vielzahl von Organismen Treibstoff erzeugt. Wir können dies im Labor beschleunigen (mehr Hitze, mehr Druck), aber wir brauchen eine Möglichkeit, tote Organismen schnell in Massenproduktion herzustellen, um sie in den Prozess einzubringen. Die andere besteht darin, lebende Pflanzen dazu zu bringen, Photosynthese zu nutzen, um Brennstoff anstelle von Blättern und Holz zu produzieren. Pflanzen machen das nicht von Natur aus, man muss sie gentechnisch verändern, um ihre Biologie zu verändern.
@GuntramBlohm Genau mein Gedanke! Hätte ich selbst nicht besser formulieren können.
@ saurabh64 Oktan (wie alle Alkane) enthält keinen Sauerstoff. Die Formel für Oktan ist C8H18 (die einzigen konstituierenden Elemente sind Kohlenstoff und Wasserstoff). Benzin ist eine Mischung aus einer Vielzahl von Chemikalien, einschließlich Oktan; Einige dieser anderen Chemikalien enthalten Sauerstoff. Einige Benzinmischungen enthalten Ethanol (Ethylalkohol). Alkohole umfassen ein Hydroxylradikal (OH), das Sauerstoff und Wasserstoff ist. Benzin kann also Sauerstoff enthalten, aber es ist in sekundären Komponenten und Additiven enthalten, nicht in den primären Kohlenwasserstoffkomponenten, die, wie der Name schon sagt, nur Verbindungen aus Wasserstoff und Kohlenstoff sind.
@AnthonyX Entschuldigung, mein schlechtes .Octane enthält keinen Sauerstoff, das ist richtig. Ich werde die Antwort jetzt bearbeiten. Danke für den Hinweis auf den Fehler.
@LostPecti Du missverstehst. Der Umwandlungsprozess erzeugt nicht mehr Energie, er arbeitet auch in der Natur immer noch mit einem Nettoverlust. Würde man die Ausgangsstoffe verbrennen, würde man mehr Energie herausholen als mit der entstehenden Kohle oder dem Öl. Der Grund, warum Öl und Kohle so wichtig sind, ist der gleiche Grund, warum sie „fossile Brennstoffe“ genannt werden – sie sind ein riesiger, billiger Energiespeicher, der sich (durch grob ineffiziente Prozesse) über große Zeitspannen angesammelt hat. Kunststoffe und Kraftstoffe können wir notfalls auch aus "frischem" Pflanzenmaterial herstellen (z. B. wurde lange Zeit Holzkohle in der Stahlerzeugung verwendet), es ist nur viel teurer.
War das nicht die Handlung von Metal Gear Solid 2 Sons of Liberty?
@GuntramBlohm: warte, technisch haben wir uns in den letzten 100 Jahren darin hervorgetan, Wege zur Massenproduktion toter Organismen zu finden ...

Was wir in fossilen Brennstoffen nicht reproduzieren können, ist Energie.

Wir stellen seit etwa zwei Jahrhunderten synthetische fossile Brennstoffe in der einen oder anderen Form her: Stadtgas (ein Methanersatz), synthetisches Benzin , Biodiesel und so weiter. Mit Ausnahme von Biodiesel werden diese jedoch alle mit erheblichem Energieaufwand hergestellt, während fossile Brennstoffe einfach aus dem Boden gepumpt werden können.

Aus diesem Grund wurden Kunststoffe nur verwendet, wenn natürliche fossile Brennstoffe nicht verfügbar waren. Stadtgas wurde vor der Entdeckung der Ölfelder in der Nordsee und der Entwicklung von Techniken zum Transport von Erdgas verwendet, während Deutschland während des Zweiten Weltkriegs synthetisches Benzin verwendete, als es keinen Zugang zu der natürlichen Version hatte.

Aktuelle Bemühungen zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe konzentrieren sich auf die Verwendung von Pflanzen oder Algen, um die kostenlose Energie der Sonne zu nutzen.

Kleiner Wermutstropfen: Auch die Herstellung von Biodiesel ist sehr energieintensiv, aber das meiste davon können wir an die angebauten Pflanzen auslagern, um die Rohstoffe zu liefern – „billiger“ Solarstrom. Diese Pflanzen sind sehr ineffizient in ihrer Umwandlung und ziemlich anspruchsvoll in Bezug auf Landfläche (und Bodenqualität, bis wir diese Algen zum Laufen bringen :P), aber sie sind ziemlich einfach zu pflegen und erfordern wenig Kapitalinvestitionen. Natürlich ist die Erschöpfung des Bodens als Heilmittel für die Erschöpfung fossiler Brennstoffe nicht gerade die beste Idee – zumindest müssen wir beim Recycling der Abfallprodukte viel besser werden.
Im Gegensatz zur akzeptierten Antwort kommt diese zum Kern des Problems. Die seit Millionen von Jahren strahlende Sonne hat den Boden und die Atmosphäre weit aus dem Gleichgewicht gebracht und in einer Form hinterlassen, in der diese Energie von uns extrahiert werden kann. Fossile Brennstoffe sind gespeicherte Sonnen- und Erdwärme aus dem Jura. Wir haben es geerbt, als hätten wir einen reichen Vater. Wir haben unseren Weg durch unser Erbe aufgewendet.

Die anderen Antworten sind technisch richtig. Wie sie sagen, was darin steckt, ist Energie oder Kohlenwasserstoffe oder wie auch immer Sie sie nennen wollen. Brennbares Zeug. Leider sagen uns die ersten beiden Gesetze der Thermodynamik, dass das künstliche Einbringen von Energie in eine Substanz mehr Energie verbrauchen würde, als Sie herausbekommen würden, also könnte es unmöglich rentabel sein [was nebenbei bemerkt der Grund ist, warum Wasserstoff-Brennstoffzellen gerecht sind Batterien, keine Stromquellen].

Aber Pflanzen stecken für uns Energie in die Dinge, von der Sonne, natürlich kostenlos . Also haben die Menschen sie zu Biokraftstoffen gemacht.

Aber die meisten von uns fahren ihre Autos nicht mit Biokraftstoffen. Das beantwortet also nicht wirklich die implizite Frage, oder? Warum bekommen wir es immer noch vom Boden?

Was fehlt ist Lautstärke .

Vor hundert Jahren wurde in einem Bottich einer Fabrik in Boston genug Melasse hergestellt, um eine Flutwelle zu erzeugen, die groß genug war, um 21 Menschen zu töten:

Boston Melasse-Katastrophe

Stellen Sie sich vor, wie unglaublich viel mehr Maissirup es heutzutage geben muss, jetzt, wo es alles in sich hat .

Etwas Ähnliches geschah ungefähr zur gleichen Zeit, als die Londoner Bierflut acht Menschen ertränkte und zwei Häuser zerstörte.

Stellen Sie sich vor, wie viel mehr wir heutzutage trinken müssen! Unvorstellbare Mengen. Fügen Sie zu diesem Bier den ganzen Tee, Soda, Mineralwasser, Milch usw. hinzu.

Stellen Sie sich nun für einen Moment vor, dass diese Substanzen nicht fast ausschließlich aus Wasser bestehen. Dass sie nur aus ihrem konzentrierten Sirup hergestellt wurden, aber im gleichen Volumen. Wäre es möglich, diese in dieser Menge künstlich herzustellen ? Nein. Wir sind bereits an unseren Produktionsgrenzen angelangt.

Schauen wir uns trotz Verwässerung die Preise an. März 2016, durchschnittliche US-Preise für eine Gallone von:

$1.96 Unleaded regular.
$2.20 Kool-Aid, Lemonade from concentrate:
$2.37 Soda (2l/$1.25 budget deal)
$3.16 Milk
$3.60 Hot Chocolate from powder (am drinking this now!)
$10.50 Homebrew beer from a kit.

All diese Dinge, sogar um etwa 90 % verwässert, selbst wenn ich die günstigsten Preise herauspicke, die ich bei einer schnellen Suche finden konnte, sind teurer als unser Kraftstoff.

Und doch stellt die Benzinproduktion sie in den Schatten , sogar alle zusammengenommen.

Obligatorisches XKCD-Image:Die Benzinmengen sind verrückt

[[Nebenbemerkung: Eine Pfütze von der Größe dieser Rohre, etwa 1 mm tief, ist die Menge, die jede Person im Durchschnitt jeden Tag verbraucht.]]

Volumen ist das Geheimrezept. Volumen ist der Grund, warum Erdöl/Benzin neben Wasser die einzige Flüssigkeit ist, die durch das Land geleitet und nicht per Lastwagen transportiert wird. Und Volumen ist der Grund, warum wir Autotreibstoff nicht künstlich herstellen können.

Und während man sich bemüht, werden diese meistens in Kraftwerken, Generatoren, Flugbenzin und Hausheizungen verwendet, da Elektroautos den Verbrennungsmotor in einigen Jahren sowieso überflüssig machen werden.

Beste Reaktion, Formatierung, Look and Feel....lol. Gute Antwort. Vielen Dank für Ihren Beitrag und willkommen auf der Website! Prost.
Ja. Die Leute beschweren sich über die Gaspreise, aber ich denke, nur wenige wissen wirklich zu schätzen, wie billig und kompakt eine Energiequelle wirklich ist.

Sie können

Sie haben im Labor verschiedene Polymerketten und sogar Kohlenwasserstoffe aneinandergereiht. Die University of California Berkeley tut es jetzt. Es geht nicht wirklich darum, dass es getan wird. Es sind die Kosten dafür. Im Moment ist es finanziell nicht machbar, auf dem aktuellen Markt wettbewerbsfähig zu sein. Die anderen Methoden, tote Dinosaurier aus dem Boden zu ziehen, sind einfach billiger.

Hier ist ein Link, wo UC Berkeley die E. Coli-Bakterien verwendet hat, um bei der Herstellung eines Benzin-Ersatzes zu helfen .

Sich über Biokraftstoffe zu freuen, könnte jedoch fehl am Platz sein. Der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Chemiker Paul Crutzen veröffentlichte die Feststellung, dass die angegebenen Stickoxidemissionen, die während der Produktion von Biokraftstoffen entstehen, dazu führen, dass sie mehr zur globalen Erwärmung beitragen als aktuelle Kraftstofflösungen.

Also, bevor wir uns über im Labor hergestellte Kraftstoffe aus biologischen Abfällen aufregen, müssen wir einen besseren Prozess finden, um die biologische Materie umzuwandeln, oder woanders nach der Lösung suchen.

Derzeit gibt es Biokraftstoffe, die es auf den Markt schaffen und unserem Standardkraftstoff beigemischt werden. Eines davon, Ethanol, wird aus Mais gewonnen. Die unbeabsichtigte Folge davon ist, dass Maisbauern in Mittel- und Südamerika ihren Mais an Kraftstoffproduzenten verkaufen und den Maispreis so stark in die Höhe getrieben haben, dass die Menschen tatsächlich hungern, weil ihre Kohlenhydratbasis, auf die sie sich als Nahrungsquelle verlassen, größer ist wertvoll im Benzintank eines Autos. Also, da ist das.

Nicht nur in Südamerika sind die Lebensmittelpreise gestiegen, sondern auch hier in Nordamerika. Obwohl die Kraftstoffpreise gesunken sind, sind die Lebensmittelpreise nicht gesunken, was sich direkt darauf widerspiegelt.

Erdöl aus der Erde ist eine Mischung aus verschiedenen Molekülen, denen jedoch gemeinsam ist, dass sie mit Sonnenenergie entstanden sind. Wenn wir also wissen, wie die Moleküle aussehen, können wir die Zutaten in der richtigen Laborausrüstung zusammenstellen, Wärme (Energie) hinzufügen und unser Benzin daraus machen. Allerdings übersteigen die Energiekosten dafür (aufgrund der Gesetze der Thermodynamik) die im Produkt enthaltene Energie, wodurch der Prozess zu einem Nettoenergieverlust wird. Deshalb stellen wir unseren eigenen fossilen Brennstoff nicht her.

Aus genau dem gleichen Grund können die „Wasserstoffgeneratoren“, die vor Jahren als Zubehör für Autos zur Verbesserung der Kilometerleistung vermarktet wurden, dies nicht leisten. Die Energie, die vom elektrischen System des Autos benötigt wird, übersteigt immer die erzeugte Energie, auch wenn sie noch kleiner ist.

Und um das Ganze noch schlimmer zu machen, führt die freigesetzte Energie, wenn wir Sauerstoff mit unserem Erdöl verbinden, zu einer Neuanordnung der verschiedenen Elemente in den Molekülen. Eines der Nebenprodukte ist Kohlendioxid. Wir mögen das auch nicht, obwohl Pflanzen es schließlich mit Sonnenlicht wieder in ein kohlenstoffbasiertes Produkt verwandeln werden, das wir dann wieder verbrennen können, wenn wir wollen.

Die Suche nach "erneuerbarer" Energie ist dann eine Suche nach etwas, das die Sonnenenergie schnell (an einem einzigen Tag) einfängt und so speichert, dass sie kontrolliert entnommen werden kann. Wir bitten um "Übernacht"-Öl. Fotozellen und Turbinen funktionieren gut – wenn sie funktionieren – nicht immer dann, wenn wir die Energie brauchen.

Jetzt bekommen Sie das Bild. Wir können keinen Kraftstoff herstellen – nicht einmal den begehrten Wasserstoff – ohne mehr Energie aufzuwenden, als wir produzieren werden.

Für Bonuspunkte ist die wirtschaftlichste Art, Wasserstoff heute zu produzieren, ... Erdöl. Herzlichen Glückwunsch zum Ersatz unserer Erdölabhängigkeit durch eine Erdölabhängigkeit mit zusätzlichen Komplikationen! :P Allerdings könnten sowohl synthetisches Benzin als auch Wasserstoff interessante Medien für die Energiespeicherung sein - vorausgesetzt, wir beziehen die Energie aus erneuerbaren Quellen. Oder nuklear, was auch immer Ihr Boot schwimmt.

Nichts.

Alles, was derzeit an fossilen Brennstoffen verwendet wird, kann in Massenproduktion hergestellt werden.

Es würde einfach mehr kosten, als es aus dem Boden zu pumpen.

Fossile Brennstoffe sind lediglich eine billige, aber ineffiziente Möglichkeit, Energie zu speichern.

Wenn die Welt billige, effiziente Energiequellen hätte, würde sie wahrscheinlich keine Anstrengungen verschwenden , diese Energie als Petrochemikalien zu speichern . Wir hätten direkt elektrisch angetriebene Fahrzeuge oder etwas Effizienteres wie Wasserstoff-Brennstoffzellen.

Am Ende lautet die Antwort auf Ihre Frage also: Geld.

Ineffizient, oder? Die Energiedichte von Benzin beträgt 46,4 MJ/kg. Zum Vergleich: Ein Lithium-Ionen-Akku ist 1,8 (25-mal weniger). Erdgas ist mit 55,5 etwas besser, aber gefährlicher zu lagern. Um viel besser zu werden, müssen Sie nuklear werden – wie Plutonium mit 2,2 Millionen MJ/kg oder Uran (81 Millionen). Nun, DAS ist effizient.

Während es einige großartige Antworten gibt, lautet die einfachste auf Chemie basierende Antwort, dass es fast unmöglich ist, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen effizient anders als mit biologischen Systemen zu bilden. Wir können H 2 durch Elektrolyse von Wasser herstellen und wir können biologische Kohlenwasserstoffe oder polymeren Kohlenstoff (Kohle) abbauen (cracken), um bereits vorhandene Biokraftstoffe nützlicher zu machen, aber bis jetzt ist die Photosynthese nicht zu schlagen, um Kohlenstoff aus CO zu entfernen 2 zu tanken.

Ja, wir hatten erst seit etwa 1913 eine einfache Möglichkeit, dies zu tun: P. Deutschland im Zweiten Weltkrieg wurde eine ganze Weile mit synthetischem Benzin und Schmiermitteln betrieben. Pflanzen sind sehr ineffizient beim Einfangen von Sonnenenergie in Kohlenwasserstoffen – der einzige Grund, warum sie überhaupt wichtig sind, ist, dass es einfach so viele von ihnen gibt und dass sie so billig zu verbreiten sind. Natürlich ist die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre winzig, was den Prozess verkompliziert – man kann die Produktion nicht stark konzentrieren. Ein besserer Ansatz könnte darin bestehen, das Kohlendioxid nach der Verbrennung einzufangen, anstatt es mit Luft mischen zu lassen.

Hier gibt es einige gute Antworten auf die Off-Topic-Frage. Manche sprechen von „Kostenproblemen“, manche von „Energieproblemen“. Beachten Sie jedoch: Dies ist wirklich dasselbe. Sie müssen eine grundlegende Buchhaltung durchführen, um festzustellen, ob das Geschäft rentabel ist. Die grundlegendste Abrechnung ist die „Energie-in“-„Energie-out“-Bilanz. Wenn Sie im Labor einen Kohlenwasserstoff herstellen, entsteht aufgrund des Energieerhaltungsprinzips und der bedauerlichen Tatsache, dass wir kein Gerät herstellen können, das zu 100 % effizient ist, immer ein Verlust. Sie werden niemals die Gewinnschwelle erreichen.

Möglicherweise gibt es effizientere Möglichkeiten, die Energiequelle Ihres Labors zu speichern und bereitzustellen, als in einer Kohlenwasserstoffkette.

Denken Sie daran, dass wir Petrochemikalien (Kohlenstoffverbindungen, die aus dem Boden extrahiert oder freigesetzt werden) für zwei deutlich unterschiedliche Zwecke verwenden: Brennstoff und Rohstoff für die Herstellung aller möglichen Dinge. Um unsere Abhängigkeit von Petrochemikalien zu beseitigen, müssten wir uns mit beiden Verwendungszwecken befassen.

Um Petrochemikalien als Energiequelle zu ersetzen, wäre es in einigen Fällen besser, andere Wege zu finden, um Energie zu speichern und freizusetzen – zum Beispiel Batterien, die durch Windturbinen oder Solaranlagen wieder aufgeladen werden. Aber die meisten Alternativen zu fossilen Brennstoffen haben Probleme mit Komfort, Kapazität (spezifische Energie nach Gewicht oder Volumen), Leistungsdichte (wiederum nach Gewicht oder Volumen), Sicherheit bei Handhabung/Speicherung (denken Sie an Wasserstoff), NIMBY (denken Sie an Windparks) usw. Es ist so einfach, einen Tank mit Benzin, Diesel, Düsentreibstoff usw. zu füllen, einen Motor zu starten und loszulegen … ganz zu schweigen von dem relativ geringen Gewicht und der Kompaktheit. Daher ist es für einige Anwendungen wie Flugzeuge möglicherweise praktikabler, sie weiterhin auf die derzeitige Weise anzutreiben (unter Inkaufnahme aller Nachteile), aber alternative Quellen als Erdöl in Betracht zu ziehen - daher Biokraftstoffe.

Um Petrochemikalien als Produktionsrohstoff zu ersetzen, müssten Sie all die Dinge berücksichtigen, die unsere moderne Welt von ihnen ableitet. Kunststoffe, Lösungsmittel, Farbstoffe, Schmiermittel, Klebstoffe und so weiter. Alle interessanten Moleküle, die aus Rohöl extrahiert werden (und die Liste kann lang sein), müssten auf andere Weise hergestellt werden.

In jedem Fall müssten diese petrochemischen Äquivalente jeweils in großem Umfang hergestellt werden. Wir als globale Gemeinschaft verbrauchen viel Treibstoff, nur um uns fortzubewegen, und wir stellen alle möglichen Dinge (auch in großem Umfang) aus Erdöl her. Es kommt auf drei große Dinge an:

  1. Finden Sie heraus, wie wir unseren Ersatzstoff (z. B. Oktan oder einen anderen Kohlenwasserstoff) durch chemische und/oder biologische Prozesse aus etwas herstellen können, das wir nicht aus dem Boden extrahiert haben (z. B. Kohlendioxid und Wasser). Diesbezüglich wird laufend geforscht, wobei sich ständig interessante Ergebnisse ergeben.

  2. Skalieren Sie die Prozesse auf ein bedarfsgerechtes Niveau. Zum einen wird es massive Investitionen erfordern; wer bringt das geld auf Zum anderen: Wenn Sie Kohlendioxid und Wasser in einen Prozess geben und Kohlenwasserstoffe herausholen, müssen Sie Energie hinzufügen, die irgendwo herkommen muss. Dies kann ein wichtiger Knackpunkt für die Synthese von petrochemischen Äquivalenten in jedem sinnvollen Maßstab sein. Bauen wir riesige Solar-/Windparks? Was wird das mit der globalen Landschaft machen? Bauen wir mehr Atomkraft?

  3. Wirtschaftlich machen. Die Leute können überredet werden, einen kleinen Aufpreis für einen Kraftstoff oder ein Konsumprodukt zu zahlen, der nicht aus Erdöl stammt, aber es wird eine Grenze geben. Kann ein Nicht-Petro-Prozess auch nur annähernd an die Wirtschaftlichkeit heutiger Bohrlöcher und Raffinerien heranreichen?

Rohöl besteht nur aus Kohlenwasserstoffketten unterschiedlicher Länge. Praktisch jeder Kohlenwasserstoff kann in industriellen Prozessen unter Verwendung von Wasserstoff aus jedem anderen Kohlenwasserstoff hergestellt werden. Wasserstoff kann aus Erdgas oder durch Elektrolyse von Wasser gewonnen werden. Der Großteil des Öls wird zu Benzin, Diesel, Düsentreibstoff usw. raffiniert. Sobald Sie sich mit den Maßstäben der Transportnutzung befassen, haben Sie bereits die Größenordnung, die für jede einzelne andere Verwendung von Öl benötigt wird. Kunststoff? Lösungsmittel? Farbstoffe? Schmiermittel? Klebstoffe? Kein Problem, wenn Sie die Waage für Transportzwecke haben.
@juhist Raffinerieprozesse sind überwiegend Destillation und Cracken; Destillation zur Isolierung bestimmter Chemikalien, z. B. Oktan, aus einem Ausgangsmaterial, und Cracken – Aufbrechen längerkettiger Moleküle in kürzere/kleinere Moleküle. Sie „kochen“ keine Moleküle wie das in Autos verwendete Heptan und Oktan oder die Kohlenwasserstoffe aus Diesel oder Flugzeugtreibstoff. Um die aktuelle Nachfrage nach solchen Produkten zu decken, wären enorme Investitionen in die Forschung erforderlich, um die notwendigen Prozesse für die Wirtschaftlichkeit im industriellen Maßstab zu optimieren, sowie enorme Investitionen, um sie tatsächlich umzusetzen. Und nochmal: Woher die Energie?

Wenn ich die eigentliche Frage annehme: „Warum machen wir keinen Kraftstoff von Grund auf neu, anstatt ihn aus dem Boden zu pumpen?“, muss ich sagen, dass das Kernproblem Energie ist – genauer gesagt, Energieeinsparung . Kraftstoffe sind KEINE Energiequellen – sie sind Energiespeichermechanismen (wie Batterien). Welche Energie auch immer man aus der Kraftstoffverbrennung gewinnt, man muss sie zuerst sammeln, um den Kraftstoff überhaupt erst herzustellen. Es ist ein Nullsummenspiel. Was fossile Brennstoffe anders macht, ist, dass die Natur Hunderte von Millionen Jahren damit verbracht hat , Sonnenenergie in organischen Speichern (dh Pflanzen) zu sammeln und sie im Boden zu speichern, damit wir sie finden können.

Und jetzt verbrauchen wir diese Ressource millionenfach schneller , als zum Ansammeln benötigt wurde. Wir leben von geliehener Zeit, Leute!

Wir können synthetische Kraftstoffe in Massenproduktion herstellen. Es wurde von Deutschland im Zweiten Weltkrieg durchgeführt (wenn auch aus fossilen Quellen). Was Sie brauchen, ist Kohlenstoff und Wasserstoff.

Leider liegt Kohlenstoff in der Natur typischerweise in Form von Kohlendioxid (und fossilen Brennstoffen, aber sie wurden in der Frage ausdrücklich ausgeschlossen) und Wasserstoff in Form von Wasser vor. Um daraus Wasserstoff und Kohlenstoff abzutrennen, braucht man Energie. Kohlenstoff und Wasserstoff können in chemischen Reaktionen trivialerweise zu Kohlenwasserstoffen kombiniert werden.

Glücklicherweise ist Energie eine reichlich vorhandene Ressource auf dem Planeten Erde. Es gibt im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, Energie zu erzeugen. Die eine besteht darin, direkt oder indirekt die Energie der Sonne zu ernten. Indirekte Mittel sind Wind, Wasserkraft und sogar erneuerbare Biokraftstoffe und (Gott bewahre!) fossile Brennstoffe. Direkt bedeutet Photovoltaik oder konzentrierende Solarthermie. Die direkten Wege ermöglichen einen um viele Größenordnungen höheren Energieverbrauch als heute, seit Milliarden von Jahren.

Die andere Hauptmethode zur Energieerzeugung ist die Kernkraft, die ebenfalls eine reichlich vorhandene Ressource ist. Es gibt genug U-238 im Meerwasser und gewöhnlichem Granitfelsen, dass wir den derzeitigen Energieverbrauch über Milliarden von Jahren aufrechterhalten können , bis die Sonne uns vergrößert und zerstört.

Das Hauptproblem sind die Kosten. Die Anlagen zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe sind teuer, aber zur Not funktionieren sie, wie uns Deutschland während des Zweiten Weltkriegs gezeigt hat. Auch die Anlagen zur Elektrolyse von Wasserstoff aus Wasser sind nicht billig. Die Kohlendioxidextraktion aus der Atmosphäre kostet auch etwas. Darüber hinaus hat die Energieerzeugung auch ihre Kosten, aber die Kosten für Solarenergie sinken schnell und können die Energieerzeugungsoption der saubereren Welt von morgen sein.

Es ist kein so ferner Traum, synthetische Kraftstoffe herzustellen. Heute produziert Neste NExBTL , das im Wesentlichen aus Bio-Quellen hergestellter Diesel ist, der normalem Diesel entspricht und absolut keine Fahrzeugmodifikationen erfordert. Heute ist der Bau einer Bioraffinerie zur Herstellung von Biobenzin in Finnland geplant. Die Umwandlung von Kohlenstoff und Wasserstoff in synthetische Kraftstoffe ist also sicherlich nicht das Problem: Es können sowohl Biodiesel als auch Biobenzin hergestellt werden.

Die verbleibenden Probleme sind:

  • Energiekosten, die in einigen Jahrzehnten kein Thema mehr sein werden, da die Kosten für Solarzellen schnell sinken. Energie hat in Deutschland aufgrund der großflächigen fluktuierenden erneuerbaren Energieerzeugung bereits vereinzelt negative Kosten. Was wir tun müssen, ist, die Zeitspanne zu verlängern, in der Energie negative Kosten verursacht, indem wir noch mehr intermittierende erneuerbare Energien installieren.
  • Kosten für die Abscheidung von Kohlendioxid. Zunächst wird es aus Industrie- und Stromerzeugungsquellen aufgefangen, aber schließlich muss es in der sauberen Welt von morgen von der Luft getrennt werden, da es keine CO 2 -Quellen geben wird (außer mobilen Quellen, für die die Abscheidung schwierig ist). .
  • Kosten der Elektrolyse von Wasser. Heute ist es billiger, Wasserstoff aus Erdgas herzustellen, als ihn zu elektrolysieren. Morgen können die Kosten jedoch andere sein, teilweise aufgrund sinkender Energiekosten.
  • Die großen Ölfelder, die noch nicht erschöpft sind und auf denen noch Jahrzehnte lang Öl zu minimalen Grenzkosten gefördert werden kann. Der Preis für fossiles Öl wird sich auf dem Niveau einpendeln, bei dem Angebot und Nachfrage ausgeglichen sind. Das bedeutet, dass fossiles Öl für lange Zeit verwendet wird, es sei denn, die Regierung verbietet seine Verwendung oder erhebt eine Steuer auf seine Verwendung.

Abzuwarten bleibt, inwieweit die synthetischen Kraftstoffe benötigt werden. Elektroautos haben sicherlich ihre Rentabilität unter Beweis gestellt, daher kann es sein, dass diese synthetischen Kraftstoffe in der Luftfahrt und nicht im Straßenverkehr verwendet werden.