Στο “συνθετικό πετρέλαιο” καταφεύγει η Κίνα

Μόλις μερικούς μήνες πριν από την τρομακτική χρηματοοικονομική κρίση του 2008, το κινεζικό Ινστιτούτο Ερευνών Ενέργειας ανακοινώνει πως από το σύνολο του αργού πετρελαίου που προορίζεται για περαιτέρω επεξεργασία και κατανάλωση στην χώρα, εισάγεται το 35%, με προοπτική το ποσοστό αυτό να αυξηθεί δραματικά στο 60% έως το 2020, απειλώντας τότε άμεσα την κινεζική οικονομία.

Επιπλέον με τις τιμές του αργού να εκτινάσσονται στα $150 ανά βαρέλι κατά την διάρκεια της κρίσης, ο ίδιος φορέας συνεκτιμά πως πέραν του ορίου των $80 ανά βαρέλι, η χώρα οφείλει να αντιμετωπίσει μία πρόσθετη επιβάρυνση της τάξης των $8 δισ. για κάθε αύξηση ανά $10 του μαύρου χρυσού. Από την άλλη πλευρά πάντως, η Κίνα έχει πραγματοποιήσει άλματα στην έρευνα και εφαρμογή νέων τεχνολογικών καινοτομιών, που έχουν την δυνατότητα να προσφέρουν αξιόπιστα υποκατάστατα σε σχέση με το συμβατικό αργό πετρέλαιο.

Η μέθοδος της υγροποίησης του άνθρακα (coal liquefaction) μεταφέρεται στην Κίνα πριν από τρεις και περισσότερες δεκαετίες, αλλά το κόστος που απαιτεί η δημιουργία βιομηχανικής κλίμακας εγκαταστάσεων αυτού του τύπου περιορίζουν σε χαμηλά επίπεδα τις χρηματοδοτήσεις και τις επενδύσεις στον κλάδο της παραγωγής συνθετικών καυσίμων, με συνέπεια οι κλίμακες να παραμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε χαμηλά επίπεδα.

Όμως, η αυξανόμενη εξάρτηση από τις εισαγωγές αργού πετρελαίου, σε συνδυασμό με τις υψηλές τιμές του, αναζωπυρώνουν το ενδιαφέρον για την υγροποίηση του άνθρακα και τις συναφείς έρευνες, με στόχο την παραγωγή συνθετικών καυσίμων. Στις 25 Αυγούστου 2004, το γιγαντιαίο κρατικό συγκρότημα πετροχημικών “SHENHUA GROUP” εγκαινιάζει την κατασκευή των πρώτων στον κόσμο εγκαταστάσεων υγροποίησης άνθρακα, με προϋπολογισμό $3,3 δισ. στην Έσω Μογγολία και με τεχνολογία εκχωρημένη από τη SHELL. Οι εγκαταστάσεις ολοκληρώνονται το 2007 με δυνατότητα μετατροπής πέντε εκατ. τόνων άνθρακα σε ένα εκατομμύριο τόνους υγρών καυσίμων σε ετήσια βάση.

Ταυτόχρονα, δημιουργούνται ακόμα δύο συγκροτήματα παραγωγής συνθετικών καυσίμων, στο Shaanxi και στο Ningxia, που ολοκληρώνονται το 2013, με αποτέλεσμα από το 2014 η Κίνα να διαθέτει την πολυτέλεια να αντικαθιστά το 10% των εισαγωγών της σε αργό πετρέλαιο με συνθετικά καύσιμα. Αρχικά (2007), το κόστος κυμαίνεται μεταξύ $22 και $28 ανά βαρέλι, ανάλογα με τις διακυμάνσεις της τιμής του άνθρακα ανά τόνο, αλλά αυξάνεται δραστικά με την έκρηξη των τιμών του άνθρακα στα επίπεδα των $210 ανά τόνο με την κρίση του 2008.

Παραγωγικότητα και κόστος

Όμως, με την κατάρρευσή τους στα $44 ανά τόνο τον Φεβρουάριο 2016 και παρά την συνεπακόλουθη ανάκαμψή τους στα επίπεδα των $94 τον Δεκέμβριο 2017, η Κίνα δηλώνει αποφασισμένη να επιτύχει παραγωγική δυναμικότητα συνθετικών καυσίμων της τάξης των 1.200.000 βαρελιών σε ημερήσια βάση, εντάσσοντας την παραγωγή τους σε ένα από τα 10 ζωτικά προγράμματα επιβίωσης της χώρας σε μεσοπρόθεσμο ορίζοντα. Αν και η απότομη άνοδος σε επίπεδα ανώτερα των $410 ανά τόνο στις αρχές Μαρτίου 2022, οι τιμές αποκλιμακώνονται στις αρχές Μαΐου, προς τα $260.

Από το 2014 η Κίνα διαθέτει παράλληλα και δύο πρότυπες μεγάλες εγκαταστάσεις παραγωγής συνθετικού φυσικού αερίου με πρώτη ύλη τον άνθρακα, αν και μία πρόσφατη μελέτη της Greenpeace αποκαλύπτει πως υπάρχουν σε προχωρημένο στάδιο κατασκευής, ή σε στάδιο σχεδίασης, ακόμα 48 εγκαταστάσεις, που ολοκληρώθηκαν το 2020 και έχουν συνολική παραγωγική δυναμικότητα της τάξης των 225 δισ. κυβικών μέτρων συνθετικού φυσικού αερίου σε ετήσια βάση (bcm/year).

Σε αδρές γραμμές εκτιμάται πως οι εγκαταστάσεις παραγωγής συνθετικών καυσίμων με την μέθοδο Fischer-Tropsch είναι κερδοφόρες όταν οι τιμές του φυσικού αερίου κινούνται σε χαμηλά επίπεδα, ενώ ταυτόχρονα οι τιμές του αργού πετρελαίου κινούνται σε αντίστοιχα σχετικά υψηλά. Τα ακριβή μεγέθη μεταβάλλονται, ακολουθώντας τις τάσεις των αγορών, αλλά από το 2001 έως το 2006, οι σχετικές μελέτες εκτιμούν πως η παραγωγή συνθετικών καυσίμων είναι προσοδοφόρα, όταν οι τιμές του φυσικού αερίου κυμαίνονται στα $0,50/mmbtu, με τις ανάλογες του αργού πετρελαίου να κινούνται σε επίπεδα της τάξης των $20-25 ανά βαρέλι.

Μεταγενέστερες αναλύσεις θεωρούν πως οι εγκαταστάσεις παραγωγής συνθετικών καυσίμων είναι βιώσιμες όταν το φυσικό αέριο κινείται στα $15 τα 1000 κυβικά πόδια και το αργό πετρέλαιο στα $120 ανά βαρέλι. Στα τρέχοντα επίπεδα τιμών (Μάϊος 2022) του φυσικού αερίου, που κινούνται στα $7,5 τα 1000 κυβικά πόδια και του αργού πετρελαίου που έχουν διασπάσει ανοδικά το φράγμα των $100 ανά βαρέλι, νέες εκτιμήσεις προκρίνουν ως απολύτως βιώσιμη την παραγωγή συνθετικών καυσίμων.

Ανώριμη και αναξιόπιστη τεχνολογία;

Στην πραγματικότητα όταν κατά το 2015 οι τιμές του αργού πετρελαίου καταρρέουν σε επίπεδα κατώτερα των $40 ανά βαρέλι (τα χαμηλότερα από το 2009), περιβαλλοντολόγοι και κυβερνητικοί παράγοντες στην Κίνα εκφράζουν αμφιβολίες ως προς την βιωσιμότητα των εγκαταστάσεων παραγωγής συνθετικών καυσίμων. Τόνιζαν μεταξύ άλλων πως η χώρα βασίζεται σε “ανώριμη και αμφίβολης αξιοπιστίας τεχνολογία”.

Εκείνη την εποχή οι χαμηλές τιμές του αργού πετρελαίου καθιστούν οικονομικά σχεδόν απαγορευτική την παραγωγή συνθετικών καυσίμων, που έχουν κόστος σύνθεσης της τάξης των $45 ανά βαρέλι. Όμως με τις τιμές να αναρριχώνται πλέον άνω των $70, η αναζήτηση των τεχνολογιών παραγωγής συνθετικών καυσίμων, αποκτά άλλες διαστάσεις και εμφανίζει πυρετώδεις τάσεις ανάπτυξης.

Κατά την διάρκεια των δύο πρώτων δεκαετιών του εικοστού αιώνα αποδεικνύεται πέραν πάσης αμφιβολίας πως η μετάβαση από τα στερεά στα υγρά καύσιμα αποτελεί μονόδρομο. Για μία εντατικά βιομηχανοποιημένη χώρα, όπως η Γερμανία, η μετάβαση συνεπάγεται πως το κράτος οφείλει να διασφαλίζει την ομαλή και απρόσκοπτη προμήθεια των αναγκαίων ποσοτήτων και παράλληλα να διαθέτει μηχανισμούς κατάλληλους να αποτρέπουν ενδεχόμενες ελλείψεις.

Την περίοδο εκείνη Γερμανοί επιστήμονες επινοούν και αναπτύσσουν σε επίπεδο μαζικής παραγωγής δύο μεθόδους που επιτρέπουν σύνθεση υγρών καυσίμων με πρώτη ύλη τα τεράστια αποθέματα σε άνθρακα της χώρας τους, ιδρύοντας ταυτόχρονα τον πρώτο τεχνολογικά επιτυχημένο και βιώσιμο βιομηχανικό κλάδο παραγωγής συνθετικών καυσίμων.

Η γερμανική στροφή 

Ο Friedrich Bergius (1884-1949) στο Rheinau-Mannheim εγκαινιάζει την γερμανική στροφή προς την ενεργειακή αυτονομία της Γερμανίας, με την μέθοδο υδρογόνωσης του άνθρακα σε περιβάλλον υψηλών πιέσεων, την αποκαλούμενη “υγροποίηση”, κατά την περίοδο 1910-1925. Μία δεκαετία αργότερα, δύο χημικοί μηχανικοί, οι Franz Fischer (1877-1947) και Hans Tropsch (1889-1935) στο Ινστιτούτο Ερευνών Kaiser-Wilhelm (KWI) στο τμήμα γαιανθράκων του Mülheim, στην περιοχή του Ruhr, επινοούν μία δεύτερη μέθοδο σύνθεσης υγρών καυσίμων από τον άνθρακα. Στα μέσα της δεκαετίας του 1930 όμιλοι χημικών, όπως της “IG FARBEN” και συγκροτήματα χημικών όπως της “RUHRCHEMIE”, προχωρούν στην βιομηχανοποίηση και μαζική παραγωγή, με συνέπεια έως την λήξη του Β’  Παγκοσμίου Πολέμου να λειτουργούν 12 μεγάλες μονάδες υγροποίησης και εννέα συγκροτήματα σύνθεσης με τη μέθοδο Fischer-Tropsch.

Χάρη στην εφαρμογή αρκετών καινοτομιών, από τις οποίες οι σημαντικότερες αφορούν τους ανθεκτικούς στις θειούχους χημικές ενώσεις καταλύτες της καταλυτικής πυρόλυσης (οξείδια του μαγγανίου σε μείγμα πυριτικού οξέος και αργίλου) και της βραχείας πυρόλυσης (καταλύτες κοβαλτίου), αλλά και την υδρογόνωση δύο σταδίων (υγρό-αέριο), που επινοεί ο χημικός μηχανικός Matthias Pier (1882-1965) του ομίλου IG Farben στα τέλη της δεκαετίας του 1920, η επιτυχία της μεθόδου σύνθεσης Fischer-Tropsch αποδεικνύεται πρωτοφανής.

Πάντως, λόγω του υψηλού κόστους της παραγωγικής διαδικασίας, ο νέος κλάδος ευνοείται απότομα με αφετηρία τον Δεκέμβριο 1933, χάρη στα προγράμματα επιδοτήσεων και επιχορηγήσεων της ναζιστικής κυβέρνησης, με απώτερο στόχο ένα γιγαντιαίο πρόγραμμα δραστικής μείωσης των εισαγωγών αργού πετρελαίου και απεξάρτησης από ξένες ενεργειακές πηγές. Επιπλέον, τα υγρά καύσιμα κρίνονται απολύτως ζωτικά, λόγω της απότομης διεύρυνσης της μηχανοκίνησης των ενόπλων δυνάμεων, με αποτέλεσμα ο κλάδος παραγωγής συνθετικών καυσίμων να ενταχθεί με απόλυτη προτεραιότητα στο “Τετραετές Σχέδιο Ανάπτυξης” του 1936.