frame|right|Usporedba FT sintetičkog i konvencionalnog goriva. Sintetičko gorivo je prozirno kao voda zbog nedostatka sumpora i aromata. Sintetičko gorivo je tekuće gorivo dobiveno od ugljena, prirodnog plina, ulja škriljevca ili biomase. Može se također odnositi na goriva dobivena od raznih krutih otpada, npr. polimera ili gume. Može se također (ne tako često) odnositi na plinovita goriva koja se dobivaju na sličan način. Termin "sintetička goriva" se koristi da bi se opisala goriva proizvedena Fischer Tropsch procesom, pretvorbom metanola u benzin ili direktnim ukapljivanjem ugljena.
U srpnju 2009. godine kapacitet proizvodnje sintetičkih goriva u svijetu iznosio je preko 240 000 barela dnevno, s brojnim novim projektima u izgradnji ili razvoju.
Klasifikacija i načela Termin 'sintetičko gorivo' ima nekoliko različitih značenja i može uključivati različite tipove goriva. Tradicionalna definicija postavljena od strane Međunarodne energetske agencije definira 'sintetičko gorivo' kao bilo koje tekuće gorivo dobiveno od ugljena ili prirodnog plina. Udruga iz SAD-a za energetske informacijae definira sintetička goriva u njezinom godišnjem izvješću 2006., kao gorivo proizvedeno od ugljena, prirodnog plina, biomase ili hrane za životinje kroz kemijske pretvorbe u sintetičke nafte i/ili sintetičke tekuće proizvode. Brojne definicije sintetičkih goriva uključuju goriva proizvedena iz biomase, te industrijskog i komunalnog otpada. Definicija sintetičkih goriva kaže da se može sastojati od uljnog pijeska i ulja škriljevca kao izvora sintetičkog goriva. U priručniku 'Sintetička goriva' petrokemičar James G. Speight ukljućuje tekuća i plinovita goriva jednako kao i kruta goriva dobivena konverzijom ugljena, ulje škriljevca ili katran, i razne oblike biomase kao izvore sintetičkog goriva, iako priznaje da je u kontekstu zamjene naftnih derivata ima čak i šire značenje. Ovisno o kontekstu metanol, etanol i vodik mogu također biti uzeti u obzir.
Sintetička goriva su dobivena postupkom kemijske pretvorbe. Metode pretvorbe mogu biti direktna pretvorba u tekuća transportna goriva, ili indirektna pretvorba u kojoj se tvar prvo pretvara u sintetski plin koji onda prolazi kroz dodatne procese pretvorbe da bi postao tekuće gorivo. Osnovne metode uključuju pougljičavanje, pirolizu, hidrogenaciju i toplinsku obradu. Povijest
Direktna pretvorba ugljena u sintetičko gorivo je prvotno razvijena u Njemačkoj. Bergiuosov proces je razvio Friedrich Bergius, prijavivši patent 1913.godine. Karl Goldschmidt pozvao ga je da sagradi industrijsko postrojenje za njegovu tvornicu Th. Goldschmidt AG (poznatu kao Evonik Industries) 1914. godine. Proizvodnja je počela tek 1919. godine. Indirektna konverzija ugljena (gdje se ugljen rasplinjava a potom pretvara u sintetičko gorivo) je također razvijena u Njemačkoj. Tu tehnologiju razvili su Franz Fischer i Hans Tropsch 1923. godine Tijekom Drugog svjetskog rata Njemačka je koristila sintetička ulja (njem. Kohleverflüssigung) za proizvodnju zamjenskih naftnih derivata koristeći Bergiusov proces (za ugljen), Fischer Tropsch proces i druge metode (U gradu Zeitzu korišteni su TTH i MTH procesi). 1931.godine, britanski Zavod za znanstvena i industrijska istraživanja smješten u Greenwichu u Engleskoj osniva malo postrojenje gdje se vodik u plinovitom stanju dodavao ugljiku na ekstremno visokim tlakovima s ciljem proizvodnje sintetičkih goriva."Turns Coal Into Motor Fuel", October 1931, Popular Science
Postrojenja s Bergiusovim procesom bila su nacističkoj Njemačkoj primarni izvor visoko kvalitetkog zrakoplovnog benzina, sintetičkog ulja, sintetičke gume, sintetičkog metanola, amonijaka i dušične kiseline. Približno jedna trećina proizvodnje Bergiusovim procesom je obavljana u gradovima Police i Leuna u Poljskoj. Grad Ludwigshafen je imao puno manje postrojenje s Bergiusovim procesom gdje je dodatno poboljšana "kvaliteta benzina dehidrogenacijom" koristeći DHD proces.
Razredi kvalitete sintetskog ulja uključuju T.L. jet gorivo, visokokvalitetni zrakoplovni benzin, benzin za zrakoplovne luke i benzin srednje kvalitete; a proizvedeni plin i diesel su sintetizirani za gorivo (npr. preuređeni oklopni tenkovi su koristili proizvedeni plin). Do početka 1944., proizvodnja njemačkog sintetičkog goriva je dosegnula više od 25 postrojenja, uključujući 10 postrojenja na području Ruhra. Godine 1937., četiri glavna Njemačka postrojenja za proizvodnju ugljena (lignita)u gradovima Böhlen, Leuna, Magdeburg/Rothensee i Zeitz, zajedno s tvornicama iz Ruhra za preradu bitumenskog ugljena u gradu Scholven/ Buer su proizvodili 4,8 milijuna barela goriva. Četiri nova hidrogenacijska postrojenja (njem. Hydrierwerke) su naknadno sagrađeni u gradovima Bottrop Welheim (gdje se koristio bitumenski ugljeni katran), Gelsenkirchen (Nordstern), Pölitz, i Wesseling. Nordstern i Pölitz/Stettin su koristili bitumenski ugljen, kao i nova Blechhammer postrojenja. U gradu Heydebrecku sintetizirano je jestivo ulje, koje je testirano na zatvorenicima u koncentracijskom logoru. Osoblje Edmunda Geilenberga je koristilo 350,000 uglavnom stranih radnika na prisilnom radu za rekonstrukciju bombardiranih postrojenja za sintetizaciju ulja, u programu hitne decentralizacije za gradnju 7 podzemnih hidrogenacijskih postrojenja za zaštitu od bombardiranja (nijedno nije dovršeno). Projektanti su odbili takav zahtjev jer bi rat bio dobiven prije nego što bi se bunkeri dovršili. U lipnju 1944., projekt 'Cuckoo' - podzemno postrojenje za proizvodnju sintetičkog ulja (800,000 m2) je izgrađeno u Himmelsburgu, sjeverno od Mittelwerka, ali je postrojenje ostalo nedovršeno sve do kraja Drugog svjetskog rata.
Indirektni Fischer Tropsch (FT) proces je doveden u SAD nakon Drugog svjetskog rata u postrojenje koje je proizvodilo 7000 barela nafte dnevno, a sagrađeno je gradu Brownsvilleu,u Texasu. Postrojenje je predstavljalo prvi komercijalno upotrebljivu visoko temperaturnu Fischer Tropschovu konverziju. Postrojenje je bilo u funkciji od 1950. do 1955., kada je ugašeno zato što je cijena nafte pala zbog povećane proizvodnje i velikih nalazišta na Bliskom istoku.
Godine 1949., demonstracijsko postrojenje za pretvorbu ugljena u benzin je sagrađeno i pušteno u funkciju od strane SAD-ovog nacionalnog ureda za rudnike u gradu Louisiana, Missouri."U.S. Starts Making Gasoline From Coal", August 1949, Popular Science Postrojenja za direktnu pretvorbu su također razvijena u SAD-u nakon Drugog svjetskog rata, uključujući 3 TPD postrojenje u gradu Lawrenceville, New Jersey. Procesi Postoje brojni procesi koji se mogu koristiti za proizvodnju sintetičkih goriva. Te procese možemo svrstati načelno u 3 skupine: indirektni, direktni i procesi proizvodnje biogoriva. Ovo je popis različith tehnologija korištenih za proizvodnju sintetičkih goriva. Valja imati na umu da, iako je ovaj popis napravljen za tehnologiju pretvorbe ugljena u kapljevinu, mnogi od ovih procesa su identični procesima koji se koriste za proizvodnju od sirovina biomase ili prirodnog plina.
Indirektna konverzija Indirektna konverzija je doživjela najveći razvoj u svijetu, s proizvodnjom od oko 260.000 barela dnevno, i s mnogim drugim dodatnim vezanim projektima proizašlima iz njezina razvoja. Indirektna konverzija u širem smislu se odnosi na procese u kojima biomasa, ugljen ili prirodni plin se pretvaraju u mješavinu vodika i ugljikovog monoksida poznatijeg kao sintetički plin ili preko rasplinjavanja ili pretvaranjem para metana, te se ti plinovi pretvaraju u tekuće transportno gorivo koristeći jednu od brojnih tehnologija pretvorbe ovisno o željenom konačnom proizvodu. Glavne tehnologije za proizvodnju sintetičkih goriva iz sintetičkog plina su Fischer Tropschova sinteza i Mobil proces - proces u kojem se pretvara metanol u benzin (eng. Methanol-To-Gasoline, tj. MTG). Postoje neke tehnologije koje su u razvoju za proizvodnju etanola iz sintetičkog plina, iako to još nije demonstrirano na komercijalnoj razini.
Fischer Tropsch proces koristi kobaltne ili željezne katalizatore za tipične reakcije sintetičkog plina i transformira sintetički plin u kapljevinu (prvenstveno dizelsko gorivo i mlazno gorivo) te eventualno u voskove. Za proces proizvodnje sintetičkih goriva kroz indirektnu pretvorbu se često spominje izrazi (procesi): pretvorba ugljena u kapljevninu (eng. Coal-To-Liquids, tj.CTL), pretvorba plina u kapljevinu (eng. Gas-To-Liquids, tj. GTL) ili pretvorba biomase u kapljevinu (eng. Biomass-To-Liquid, tj. BTL), ovisno o početnoj sirovini. Najmanje tri projekta (Ohio River Clean Fuels, Illinois Clean Fuels i Rentech Natchez) su kombinacijama sirovina ugljena i biomase stvorili hibridnu sirovinu - sintetičko gorivo poznato pod imenom CBTL (eng. Coal and Biomass To Liquids).
Tehnologije indirektne pretvorbe se također može koristiti za proizvodnju vodika, kao potencijalno gorivo za uporabu u gorivim ćelijama ili kao iskoristivi nusproizvod.
Direktna pretvorba Direktna pretvorba se odnosi na procese u kojima sirovine ugljena ili biomase bivaju direktno pretvorene u poluproizvode ili gotove proizvode, bez potrebe prolaska kroz međukorak tijekom procesa pretvorbe u sintetički plin putem rasplinjavanja. Proces direktne pretvorbe može biti podijeljen na dvije metode: piroliza, pougljičavanje i hidrogenacija. Hidrogenacijski procesi Jedna od glavnih metoda direktne pretvorbe ugljena u kapljevinu korištenjem hidrogenacije je Bergiusov proces.Robert Haul: Friedrich Bergius (1884-1949), p. 62 in 'Chemie in unserer Zeit', VCH-Verlagsgesellschaft mbH, 19. Jahrgang, April 1985, Weinheim Germany U ovom procesu, ugljen se ukapljuje mješanjem s vodikom pri visokim temperaturama (hidrogenacija). Suhi ugljen se miješa s teškim uljima koja su reciklirana u procesu. Katalizator se dodaje u smjesu. Reakcija se odvija na temperaturama između 400 – 5000 °C i tlaku između 20 – 70 MPa. Reakcija se može napisati na sljedeći način:
Nakon Prvog svjetskog rata nekoliko je postrojenja sagrađeno u Njemačkoj; ta postrojenja su intenzivno korištena tijekom Drugog svjetskog rata za opskrbu Njemačke gorivom i mazivima.
Kohleoel proces su razvile u Njemačkoj kompanije Ruhrkohle i VEBA, a korišten je u demonstracijskom postrojenju koje je imalo kapacitet proizvodnje lignita 200 tona/dnevno. Nalazilo se u gradu Bottrop, u Njemačkoj. Postrojenje je bilo u funkcijij od 1981. do 1987. godine. U ovom procesu ugljen se miješao s recikliranim otapalima i željeznim katalizatorima. Nakon pregrijavanja i tlačenja, dodan H2. Proces se odvija u cijevastom reaktoru na tlaku 300 bar i temperaturi 470 °C. Taj proces je razvila kompanija SASOL iz Južne Afrike. Tijekom 70-ih i 80-ih godina 20. stoljeća, japanske su kompanije Nippon Kokan, Sumitomo Metal Industries i Mitsubishi Heavy Industries razvile NEDOL proces. U ovom procesu ugljen se miješa s recikliranim otapalima i sa sintetičkim katalizatorom na bazi željeza. Nakon pregrijavanja biva dodan H2. Reakcija se odvija u cjevnom reaktoru na temperaturi između 430 °C i 465 °C na tlaku 150 - 200bar. Proizvedeno ulje ima nisku kvalitetu i zahtjeva dodatne obrade. H-Coal proces kojeg je razvila kompanija Hydrocarbon Research, Inc., 1963.godine, miješa prah ugljena s recikliranim kapljevinama, vodikom i katalizatorom u reaktoru. Prednosti ovog procesa su da se raspad i nadogradnja ulja odvija u istom reaktoru, a proizvodi imaju visok H:C omjer i brzo vrijeme reakcije, dok su glavni nedostaci visoki prinos plina, visoka potrošnja vodika i ograničeno područje korištenja nafte zbog nečistoća .
SRC-I i SRC-II (eng. Solvent Refined Coal) procesi su razvijeni od kompanije Gulf Oil i izvedeno kao pilot postrojenje u SAD-u tijekom 60-ih i 70-ih godina 20. stoljeća. Kompanija Nuclear Utility Services Corporation je razvila hidrogenacijski proces kojeg je patentirao Wilburn C. Schroeder 1976. godine. U proces se ubacuje suhi ugljen u prahu koji se miješa s 1% molibdena koji služi kao katalizator.