Lähdekoodi sivulle Fischer–Tropsch-menetelmä

'''Fischer–Tropsch-menetelmä''' on [[katalyytti]]nen [[kemiallinen reaktio]], jossa [[hiilimonoksidi]]a ja [[vety]]ä muunnetaan erilaisiksi nestemäisiksi [[hiilivety|hiilivedyiksi]]. Tyypillisesti katalyytit ovat [[rauta]]- ja [[koboltti]]pohjaisia, mutta myös [[nikkeli]]ä ja [[rutenium]]ia on käytetty. Menetelmän ensisijainen tarkoitus on tuottaa synteettistä [[öljy]]n korviketta käytettäväksi [[synteettinen voiteluaine|synteettisenä voiteluaineena]] tai [[synteettinen polttoaine|synteettisenä polttoaineena]]. Raaka-aineena voidaan käyttää esimerkiksi kivihiiltä, maakaasua tai biomassaa.

== Alkuperäinen menetelmä ==

Alkuperäistä Fischer-Tropsch -menetelmää kuvaa seuraava kemiallinen yhtälö:

:<math>(2n+1)H_2 + nCO \rarr C_nH_{2n+2} + nH_2O -165kJ/mol </math>

Yllä olevan reaktion lähtöaineet (esimerkiksi CO ja H<sub>2</sub>) voidaan tuottaa monilla menetelmillä, kuten esimerkiksi [[metaani]]n osittaisella poltolla<!--partial combustion--> (kaasusta nesteeksi sovelluksissa):

:<math>CH_4 + \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix}O_2 \rarr 2 H_2 + CO -35.9kJ/mol</math>
tai hiilen tai [[biomassa]]n kaasutuksella:
:<math>C_4 O_3 H_6 + 1/2O_2 \rarr 3 H_2 + 4CO</math>

Hiilimonoksidin ja vedyn seosta kutsutaan [[synteesikaasu]]ksi. Hiilidioksidia ja hiilimonoksidia tuotetaan [[hiili]]- ja [[puu]]pohjaisten polttoaineiden osittaisella hapetuksella. Synteesikaasun vetypitoisuutta voidaan säätää vesikaasurektiolla.

Kiinteän aineen hapeton [[pyrolyysi]] tuottaa metaanipitoista pyrolyysikaasua, jota voidaan käyttää suoraan polttoaineena. Yleensä kaasu poltetaan tarvittavan [[reaktiolämpö|reaktiolämmön]] tuottamiseksi. Pyrolyysi tuottaa suuren määrän [[hiilivedyt|hiilivetyjä]] (tyypillisesti 20% lähtöaineista) ilman Fischer-Tropsch-muunnosta. Flash-pyrolyysissä on maksimoitu hiilivetyjen tuotanto. Hiilivetyjen, joita prosessin mukaan kutsutaan pyrolyysiöljyksi tai [[terva]]ksi, hyödyntämistä haittaa usein niiden suuri [[happi]]pitoisuus. Pyrolyysiprosessilla on nykypäivänä lähinnä merkitystä vanhojen autonrenkaiden hävityksessä.

FT prosessi on käyttökelpoinen tuottamaan nestemäisiä hiilivetyjä kiinteistä polttoaineista, kuten hiilestä tai erityyppisistä kiinteää hiiltä sisältävistä jätteistä sekä biomassoista.
Tuotetut neste ja vahamaiset hiilivety-yhdisteet jalostetaan halutunlaiseksi synteettiseksi polttoaineeksi, kaasumaiset yleensä poltetaan. Tyydyttämättömistä kaasuista voidaan valmistaa muun muassa [[polyeteeni]]muovia.
Jos tarvitaan nestemäistä öljyn kaltaista polttoainetta, voiteluainetta tai vahaa, voidaan käyttää Fischer-Tropsch-menetelmää. Jos vedyn tuotanto halutaan maksimoida, voidaan käyttää [[vesi-kaasu-muunnosreaktio]]ta <!-- water gas shift reaction-->, jolloin tuotokseksi jää vain [[hiilidioksidi]]a ja vetyä eikä ollenkaan hiilivetyjä. 

Nestemäiset polttoaineet ovat haluttuja, niiden korkean energiasisällön ja yksinkertaisen varastoimisen vuoksi. Ne ovat myös melko turvallisia esimerkiksi vetyyn verrattuna. Hiilivetyjen polttotekniikka on myös nykypäivänä melko hyvin halittua ja ne saadaan palamaan puhtaasti. Biomassasta tuotetut hiilivedyt ovat hiilidioksidineutraaleja. [[Vetytalous]] ei tarjoa mitään erityisen suurta etua verrattuna synteettisiin biopolttoaineisiin.

== Historia ==
Saksalaisten [[Kaiser Wilhelm -instituuti]]n tutkijoiden [[Franz Fischer]]in ja [[Hans Tropsch]]in keksittyä menetelmän [[1920-luku|1920-luvulla]] siihen on tehty monia muutoksia ja säätöjä. Nykyään termi ''Fischer-Tropsch'' käsittää monia samankaltaisia prosesseja (''Fischer-Tropsch-synteesi'' tai ''Fischer-Tropsch kemia'').

Menetelmä keksittiin [[Saksa]]ssa 1920-luvulla nestemäisten polttoaineiden tuottamiseksi. Saksalla oli paljon hiiltä, mutta vain vähän öljyä. Saksa ja [[Japani]] käyttivät menetelmää [[Toinen maailmansota|toisen maailmansodan]] aikana vaihtoehtoisten polttoaineiden tuottamiseen. Saksan vuosittainen synteettisen polttoaineen tuotanto saavutti yli 124&nbsp;000 barrelia päivässä eli noin 6,5 miljoonaa tonnia vuonna 1944 <ref>http://www.fe.doe.gov/aboutus/history/syntheticfuels_history.html</ref>. 

Sodan jälkeen vangitut saksalaiset tiedemiehet värvättiin [[Operaatio Paperclip]]in kautta jatkamaan työtään synteettisten polttoaineiden parissa [[Yhdysvallat|Yhdysvalloissa]] Yhdysvaltojen kaivosviraston ''Synteettiset nestepolttoaineet'' -ohjelman alaisuudessa.

== Käyttö ==
Nykyään vain muutamat yritykset ovat kaupallistaneet Fischer-Tropsch-teknologiaa.
#[[Shell]] käyttää [[maakaasu]]a [[Bintula]]ssa, [[Malesia]]ssa syötteenä matalarikkisten [[Dieselöljy|diesel]]-polttoaineiden ja elintarvikeluokan vahan tuottamiseen.
#[[Sasol]] käyttää [[Etelä-Afrikka|Etelä-Afrikassa]] hiiltä ja maakaasua syötteenä erilaisten synteettisten öljytuotteiden tuotannossa. Sasol tuottaa suurimman osan maan diesel-polttoaineesta.

Prosessia käytettiin Etelä-Afrikassa [[apartheid]]in aikana kauppasaarron aiheuttaman energiapulan takia energian tuotannossa. Menetelmä on saanut uutta huomiota matalarikkisen dieselin tuotannossa [[dieselmoottori|dieselmoottoreiden]] ympäristövaikutusten minimoimiseksi.

Fischer-Tropsch-menetelmä on vakiintunutta tekniikkaa ja sitä on jo käytetty suuressa mittakaavassa, mutta sen suosiota heikentävät korkeat pääomakustannukset, korkeat käyttö- ja ylläpitokulut sekä öljyn epävakaa hinta. Erityisesti [[maakaasu]]n käyttö syötteenä on käytännöllistä vain kaukana asutuksesta sijaitsevien esiintymien yhteydessä, muutoin kaasun suora myynti asiakkaille on tuottoisampaa. Useat yritykset kehittävät teknologiaa maakaasuvarantojen hyödyntämiseksi. Geologien mukaan maakaasun käytön odotetaan saavuttavan huippunsa 5–15 vuotta [[öljyhuippu|öljyhuipun]] jälkeen. Toisaalta tällaiset ennustukset ovat vaikeita tehdä ja usein hyvin epävarmoja.

Fischer-Tropsch-menetelmää voidaan käyttää laajojen hiilivarantojen muuttamiseksi nestemäiseksi polttoaineeksi, jos öljypohjaisten polttoaineiden hinta nousee. Biomassan kaasuttamisen ja Fischer-Tropsch-synteesin yhdistäminen on lupaava reitti uudistuvan tai "vihreän" liikennepolttoaineen tuottamiseksi. Hiilidioksidineutraali polttoaine syntyy vain biomassoista. Fossiilisesta hiilestä tai turpeesta tehty polttoaine aiheuttaa n. kaksinkertaiset hiilidioksidipäästöt verrattuna perinteiseen öljynjalostukseen.

Syyskuussa [[2005]] [[Pennsylvania]]n osavaltion kuvernööri ''Edward Rendell'' ilmoitti <ref>http://www.state.pa.us/papower/cwp/view.asp?Q=446127&A=11 {{Wayback|1=http://www.state.pa.us/papower/cwp/view.asp?Q=446127&A=11 |päiväys=20081211180710 }}</ref> Fischer-Tropsch-tehtaan rakentamisesta. Laitos käyttäisi polttoaineena hiilen louhinnasta jäänyttä ns. jätehiiltä ja se tuottaisi matalarikkistä dieselpolttoainetta. Laitos käyttää Sasolilta ja Shelliltä lisensoitua teknologiaa. Osavaltio on sitoutunut ostamaan merkittävän osan laitoksen tuotannosta sekä tarjonnut yhdessä Yhdysvaltojen energiaministeriön kanssa yli 140 miljoonan dollarin verohelpotukset. Muut Yhdysvaltojen hiiltä tuottavat osavaltiot tekevät samankaltaisia suunnitelmia. [[Montana]]n osavaltion kuvernööri ''Brian Schweitzer'' on ehdottanut Fischer-Tropsch-laitoksen rakentamista hiilen muuttamiseksi polttoaineeksi, jotta Yhdysvaltojen riippuvuus ulkomaisista polttoaineista laskisi. <ref>http://www.billingsgazette.com/index.php?id=1&display=rednews/2005/08/02/build/state/25-coal-fuel.inc {{Wayback|1=http://www.billingsgazette.com/index.php?id=1&display=rednews%2F2005%2F08%2F02%2Fbuild%2Fstate%2F25-coal-fuel.inc |päiväys=20060115010202 }}</ref>

Lokakuussa [[2006]] suomalainen paperi- ja selluvalmistaja [[UPM]] ilmoitti suunnitelmista tuottaa [[biodiesel]]iä Fischer-Tropsch-menetelmällä eurooppalaisten tehtaidensa yhteydessä. Raaka-aineena käytettäisiin jätebiomassaa paperin- ja sellunvalmistusprosesseista. <ref>http://newsroom.finland.fi/stt/showarticle.asp?intNWSAID=14179&group=Business {{Wayback|1=http://newsroom.finland.fi/stt/showarticle.asp?intNWSAID=14179&group=Business |päiväys=20070317104947 }}</ref>

Maaliskuussa [[2007]] [[VTT]] ja [[Neste Oil]] julkistivat yhteistyöhankkeen, jossa puuperäisestä raaka-aineesta valmistetaan kaasutusmenetelmällä polttoainetta. Projekti liittyy Neste Oilin ja [[Stora Enso]]n biopolttoaineyhteistyöhön. Ensimmäisessä vaiheessa Stora Enson Varkauden tehtaan yhteyteen rakennetaan megawattiluokan koelaitos.
<ref>http://www.vtt.fi/uutta/2007/20070316.jsp</ref>

== Ympäristövaikutukset ==

Synteettisten polttoaineiden laajamittaisesta tuotosta keskusteltaessa pitää ottaa huomioon kiinteiden ja kaasumaisten hiililähteiden nesteeksi muuntamisen huono energiahyötysuhde. Tyypillisesti prosessien energiahyötysuhde on 30&nbsp;% tienoilla. Huono energiahyötysuhde lisää hiilidioksidipäästöjä. Yhdysvaltojen ''National Renewable Energy Laboratoryn'' mukaan hiilipohjaisten synteettisten polttoaineiden tuotanto aiheuttaa lähes kaksinkertaiset hiilidioksidipäästöt öljypohjaisiin polttoaineisiin verrattuna. Myös muiden saasteiden{{selvennä}} päästöt kasvat suuresti, tosin monet päästöistä voidaan puhdistaa heti tuotantovaiheessa. Hiilen kaappaamista ja varastointia on ehdotettu lieventämään kasvihuonekaasupäästöjä. Vaikka hiilen kaappaaminen on jo rajoitetussa käytössä, sen tekninen ja taloudellinen käyttökelpoisuus on vielä kyseenalaista. <ref>http://www.netl.doe.gov/coal/Gasification/pubs/pdf/GHGfinalADOBE.pdf {{Wayback|1=http://www.netl.doe.gov/coal/Gasification/pubs/pdf/GHGfinalADOBE.pdf |päiväys=20051113020754 }}</ref>

== Katso myös ==
* [[Epätavanomainen öljy]]
* [[Öljyhuippu]]
* [[Puukaasu]]
* [[Sabatier-reaktio]]
* [[Bosch-reaktio]]

== Lähteet ==
{{Viitteet}}

== Aiheesta muualla ==
*[https://publications.theseus.fi/bitstream/handle/10024/16350/Laborato.pdf?sequence=1 Esko Saikkonen: Laboratoriomittakaavan Fischer-Tropsch-laitteiston suunnittelu ja rakentaminen, Insinöörityö 18.5.2010, Metropolia Ammattikorkeakoulu, Kemiantekniikan koulutusohjelma] (pdf)
* [http://www.fischer-tropsch.org/ Fischer-Tropsch Archive] {{en}}
* [http://www.aapg.org/explorer/2002/11nov/abiogenic.cfm Abiogenic Gas Debate 11:2002 (EXPLORER)] {{en}}
* [http://www.spe.org/elibinfo/eLibrary_Papers/spe/1982/82UGR/00010836/00010836.htm Unconventional Ideas About Unconventional Gas (Society of Petroleum Engineers)] {{en}}
* ''[http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/patents/GB/gb309002.pdf Process of synthesis of liquid hydrocarbons]'' - Great Britain patent GB309002 - [[Hermann Plauson]]{{en}}
*[http://www.shell.com.my/smds Shell] {{en}}
*[http://www.sasol.com Sasol] {{en}}
* ''[http://www.technologyreview.com/read_article.aspx?id=16713&ch=biztech Clean Diesel from Coal]'' by Kevin Bullis {{en}}
*[http://www.alchemfs.com Alchem Field Services, Inc.(micro-GTL)] {{Wayback|1=http://www.alchemfs.com/ |päiväys=20070928142030 }} {{en}}
*[http://www.thegtlcorp.com The GTL Corporation (micro-GTL)] {{Wayback|1=http://www.thegtlcorp.com/ |päiväys=20110926180258 }} {{en}}
*[http://www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/gasification/gasifipedia/ftsynthesis National Energy Technology Laboratory (NETL): Fischer-Tropsch Synthesis] {{Wayback|1=http://www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/gasification/gasifipedia/ftsynthesis |päiväys=20140608235705 }} {{en}}

{{käännös|:en:Fischer-Tropsch process}}

[[Luokka:Kemialliset reaktiot]]
<!--[[Luokka:Kemialliset prosessit]]
[[Luokka:Kemiantekniikka]]
[[Luokka:Öljyntuotanto]]-->
[[Luokka:Öljyhuippu]]
[[Luokka:Bioenergia]]