Вуглецевонейтральне паливо — паливо, яке не викликає чистих викидів парникових газів або вуглецевого сліду. Насправді це зазвичай означає паливо, що виробляється з використанням як сировини діоксиду вуглецю (CO2). Пропоновані вуглецевонейтральні палива можна, в широкому сенсі, розділити на синтетичні палива, отримувані хімічним гідруванням діоксиду вуглецю, та біопалива, які виробляють із використанням природних процесів споживання CO2, таких як фотосинтез.
Діоксид вуглецю, що використовується для виробництва синтетичного палива, може вловлюватися безпосередньо з повітря, рециркулюватися з відпрацьованих газів електростанцій або вироблятися з карбонатної кислоти в морській воді. Прикладами синтетичного палива є водень, аміак і метанLeighty and Holbrook (2012) «Running the World on Renewables: Alternatives for Trannd Low-cost Firming Storage of Stranded Renewable as Hydrogen and Ammonia Fuels via Underground Pipelines» Proceedings of the ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress & Exposition November 9-15, 2012, Houston, Texas, хоча складніші вуглеводні, такі як бензин і гас, також успішно синтезовано штучно. Крім того, що такі відновлювані види палива є вуглецевонейтральними, вони можуть знизити витрати на імпорт викопного палива та зменшити залежність від нього. Додатковою перевагою може стати усунення необхідності переходу автотранспорту на електропривод або водневе паливо. Щоб процес був справді вуглецевонейтральним, будь-яка енергія, необхідна для цього процесу, має бути сама по собі вуглецевонейтральною, наприклад, енергія з відновлюваних джерел або ядерна енергія (Огляд.) (Огляд.) (Review.).
Якщо при спалюванні вуглецевонейтрального палива відбувається вловлювання вуглецю в димарі або вихлопній трубі, це призводить до чистих від'ємних викидів вуглекислого газу і, таким чином, може бути формою зниження обсягу парникових газів. Від'ємні викиди вважають головним компонентом зусиль з обмеження глобального потепління, хоча технології, що їх забезпечують, нині не є економічно конкурентоспроможними. Вуглецеві кредити, ймовірно, відіграватимуть важливу роль у просуванні палива з від'ємним викидом вуглецю.
Виробництво Вуглецеві-нейтральні види палива — це синтетичні вуглеводні. Основним їх джерелом є хімічні реакції між вуглекислим газом і воднем, утворюваним за електролізу води з використанням відновлюваних джерел енергії. Паливо, часто зване електропаливом, є акумулятором енергії, використаної для виробництва водню. Вугілля також можна використовувати для виробництва водню, але воно не буде вуглецевонейтральним джерелом. Вуглекислий газ можна вловлювати і ховати, роблячи викопне паливо вуглецевонейтральним, хоч і не відновлюваним. Уловлювання вуглецю з вихлопних газів може перетворити вуглецевонейтральне паливо на паливо з від'ємним викидом вуглецю. Природні вуглеводні можна розщеплювати з утворенням водню та діоксиду вуглецю, який потім підлягає похованню, тоді як водень використовується як паливо. Цей процес також буде вуглецевонейтральним.
Найбільш енергоефективним та технологічним у виробництві паливом є газоподібний водень, який можна використовувати в транспортних засобах з водневими паливними елементами. Водневе паливо зазвичай одержують . Потім за допомогою реакції Сабатьє можна виробити метан, тобто синтетичний природний газ, який можна зберігати для подальшого спалювання на електростанціях, транспортувати трубопроводами, вантажними автомобілями або танкерами-газовозами, використовувати в процесах типу газ-рідина, таких як процес Фішера — Тропша, для виробництва рідкого палива для транспорту чи опалення.
Є ще кілька видів палива, які можна створити за допомогою водню. Мурашину кислоту, наприклад, можна отримати реакцією водню з CO2. Мурашина кислота у поєднанні з CO2 може утворювати ізобутанолhttps://cleanleap.com/extracting-energy-air-future-fuel Extracting energy from air — is this the future of fuel?.
Метанол можна отримати внаслідок хімічної реакції молекули вуглекислого газу з трьома молекулами водню з утворенням води. Накопичену енергію можна відновити спалюванням метанолу у двигуні внутрішнього згоряння з виділенням діоксиду вуглецю, води та тепла. Метан можна одержати аналогічною реакцією. Важливі особливі запобіжні заходи проти витоку, оскільки метан майже в 100 разів сильніший від CO2 щодо потенціалу глобального потепління. Далі можна хімічно об'єднувати молекули метанолу або метану у великі молекули вуглеводневого палива.
Дослідники також запропонували використовувати метанол для виробництва диметилового етеру. Це паливо можна використовувати як заміну дизельного палива через його здатність самозайматися за високого тиску та температури. Його вже використовують у деяких галузях для опалення та виробництва енергії. Він нетоксичний, але має зберігатися під тиском. З діоксиду вуглецю та водню також можна отримати більші вуглеводні та етанол.
Усі синтетичні вуглеводні зазвичай отримують за температур 200—300 °C та за тиску від 20 до 50 бар. Для підвищення ефективності реакції та створення бажаного типу вуглеводневого палива зазвичай використовують каталізатори. Такі реакції є екзотермічними та використовують близько 3 моль водню на 1 моль залученого вуглекислого газу. Побічним продуктом є велика кількість води.
Джерела вуглецю для вторинної переробки Найекономічнішим джерелом вуглецю для переробки на паливо є викиди димових газів від спалювання викопного палива, де його можна отримати приблизно за 7,50 доларів США за тонну. Однак цей процес не є вуглецевонейтральним, оскільки вуглець має викопне походження і переміщається з геосфери в атмосферу. Уловлювання вихлопних газів автомобілів також вважають економічним, але воно потребує значних змін конструкції або модернізації. Оскільки вуглекислий газ у морській воді перебуває в хімічній рівновазі з атмосферним вуглекислим газом, вивчається добування вуглецю з морської води. Дослідники підрахували, що воно коштуватиме близько 50 доларів за тонну. обходиться дорожче — від 94 до 232 доларів за тонну і вважається непрактичним для синтезу палива або зв'язування вуглецю. Цей метод менш розвинений, ніж інші. Зазвичай використовують луги для реакції з діоксидом вуглецю повітря і утворенням карбонатів. Потім карбонати можна розщепити і гідратувати, щоб вивільнити чистий CO2 і регенерувати луг. Цей процес вимагає більше енергії, ніж інші методи, оскільки концентрація вуглекислого газу в атмосфері значно нижча, ніж в інших джерелах.
Крім того, як джерело вуглецю для виробництва палива пропонують використовувати біомасу. Додавання водню в біомасу зменшує кількість вуглецю в ній і приводить до утворення палива. Перевагою цього методу є використання рослинної речовини для дешевого уловлювання вуглекислого газу. Рослини також додають до палива деяку хімічну енергію з біологічних молекул. Це може бути ефективнішим використанням біомаси, ніж звичайне біопаливо, тому що тут використовується більша частина вуглецю та хімічної енергії з біомаси замість того, щоб вивільнити стільки ж енергії та вуглецю. Головним недоліком є те, що, як і при звичайному виробництві етанолу, має місце конкуренція з виробництвом харчових продуктів.
Витрати на відновлювану та ядерну енергію Енергія вітру в нічний час вважається найекономнішою формою електроенергії, за допомогою якої можна синтезувати паливо, тому що крива навантаження для систем електропостачання різко досягає піків у денні години, тоді як вітер має тенденцію дути трохи сильніше вночі, ніж удень. Таким чином, вартість нічної вітроенергії часто значно нижча, ніж вартість будь-якої альтернативи. 2009 року ціна на вітроенергію в непікові періоди в областях зі сильним вітром у США в середньому становила 1,64 цента за кВт·год і всього 0,71 цента/кВт·год в нічний час. Як правило, гуртова ціна на електроенергію протягом дня становить від 2 до 5 центів/кВт·год. Комерційні компанії зі синтезу палива вважають, що синтетичний бензин стає дешевшим від звичайного, коли ціна нафти перевищує 55 доларів за барель.
2010 року група хіміків-технологів на чолі з із ВМС США підрахувала, що маючи 100 МВт електричної потужності, можна за день виробити 160 м3 палива для реактивних двигунів, а виробництво на борту кораблів з ядерною енергетичною установкою коштуватиме близько 1600 $ за 1 м3 (6 $ за американський галон). Хоча 2010 року це приблизно вдвічі перевищувало вартість нафтового палива, очікувалося, що ціна стане значно нижчою від ринкової менш ніж за п'ять років, якщо збережуться останні тенденції. Більш того, оскільки доставка палива авіаносній групі коштує близько 8 $ за американський галон, виробництво на місці виявляється значно дешевшим.
Віллавер зазначає, що морська вода є «найкращим варіантом» джерела вуглецю для синтетичного реактивного палива. На квітень 2014 року її команда ще не виробила палива, яке б відповідало стандарту для військових літаків, але у вересні 2013 року вона змогла використати синтетичне паливо для польоту радіокерованої моделі, яку приводять у рух два двотактні двигуни внутрішнього згоряння. Оскільки для цього процесу потрібні великі витрати електроенергії, першими носіями установки для виробництва власного реактивного палива будуть атомні авіаносці типу «Німіц» і «Джеральд Форд». Очікується, що ВМС США розгорнуть цю технологію в 2020-х роках.
Демонстраційні проєкти та комерційний розвиток 2010 року в Німеччині почав працювати завод зі синтезу метану потужністю 250 кВт, який побудували Центр сонячної енергії і досліджень водню (ZSW) у Баден-Вюртемберзі і товариство Фраунгофера. Його модернізацію до 10 МВт планувалось завершити на осінь 2012 року.
Від 2011 року в Гріндавіку (Ісландія), завод Джорджа Ола з переробки вуглекислого газу, яким управляє компанія , виробляє з димових газів 2 млн л з метанолового транспортного палива на рік«George Olah CO2 to Renewable Methanol Plant, Reykjanes, Iceland» (Chemicals-Technology.com). Його максимальна потужність становить 5 млн л/рік«First Commercial Plant» (Carbon Recycling International).
Audi побудувала завод з виробництва зрідженого природного газу (СПГ) з нульовим викидом вуглецю у Верльте (Німеччина). Завод призначений для виробництва транспортного палива, що використовується в їхніх автомобілях A3 Sportback g-tron, і може за своєї початкової потужності вилучати з атмосфери 2800 метричних тонн CO2 на рік.
Комерційні розробки впроваджуються в Колумбії (Південна Кароліна), Камарільйо (Каліфорнія) і Дарлінгтоні (Велика Британія). Демонстраційний проєкт у Берклі (Каліфорнія), пропонує синтез палива і харчових жирів із відновлених димових газів.
Видалення парникових газів Вуглецевонейтральні види палива можуть призвести до зниження обсягу парникових газів, оскільки вуглекислий газ буде повторно використовуватися для виробництва палива, а не викидатися в атмосферу. Вилучення вуглекислого газу з вихлопів електростанцій усуне його викид в атмосферу, хоча при спалюванні палива в транспортних засобах вуглець буде вивільнятися, тому що немає економічного способу уловлювання цих викидів. Такий підхід, за умови використання на всіх електростанціях на викопному паливі, знизив би чисті викиди діоксиду вуглецю приблизно на 50 %. Передбачається, що більшість електростанцій, які працюють на вугіллі і природному газі, буде модернізовано за допомогою для уловлювання вуглецю, рециркуляції вихлопних газів або зв'язування вуглецю (Review.). Очікується, що така переробка не тільки коштуватиме менше, ніж надмірні економічні наслідки зміни клімату, але й окупиться, оскільки зростання глобального попиту на паливо і піковий дефіцит нафти збільшують ціни на нафту і взаємозамінний природний газ (Review.).