במסגרת המדיניות העולמית למעבר לכלכלה דלת פחמן, הפחתת פליטות של גזי חממה משימוש באנרגיה (ייצור חשמל, תחבורה, חימום, תעשייה, חקלאות ועוד) היא סוגייה מרכזית. בדוח שערכה הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה והתפרסם בשם Advanced Biofuels – Potential for Cost Reduction השימוש באנרגיות ממקורות ביולוגיים מהווה כ-13 אחוז מכלל צריכת האנרגיה העולמית, הרבה יותר מאנרגיות מתחדשות אחרות כגון חשמל המיוצר מאנרגית שמש או מטורבינות רוח:
Sustainable bioenergy at present provides a contribution to final energy consumption which is around five times higher than those from wind and solar combined
בתוך המשפחה של האנרגיות ממקורות ביולוגיים, במקביל לשימוש המסורתי בביומסה, שיעור הייצור והצריכה של דלקים דלי-פחמן עולה שנה אחר שנה, בזכות שיפורים טכנולוגיים מעוררי התפעלות בתחום זה.
הדלקים דלי הפחמן מהווים פתרונות למספר אתגרים מרכזיים במעבר האנרגטי, לדוגמה בתחום התעופה, שבו הטכנולוגיה של מנוע חשמלי לא מתאימה בשל הקושי לאחסן חשמל בבטריות לטיסות ארוכות. דלק סילוני בר קיימא הוא ללא ספק הדוגמה הבולטת. גם בתחבורת כביש, שימוש בדלקים כמו דיזל ממוחזר מאפשרים הפחתה משמעותית בפליטות מזהמים תוך כדי שימוש בכלי רכב בעלי מנוע בעירה פנימית, שאנו מכירים כבר מעבר ל-100 שנה, פתרון הרבה יותר גמיש וזול בהשוואה להחלפת כל כלי רכב לחשמליים למיניהם. פיתוח הדלקים דלי הפחמן יחסוך גם את הצורך בהחלפת רכבים הקיימים כיום ברכבים חשמליים, מה שיקטין בצורה משמעות סוגיה סביבתית נוספת, מיחזור הסוללות של הרכב החשמלי.
ישנם שני סוגים עיקריים של דלקים דלי-פחמן: הדלקים הביולוגיים (Bio-fuels, שהזכרנו לעיל) ודלקים סינטטיים (Synthetic fuels, E-fuels):
- דלקים ביולוגיים: חומר הגלם שלהם הוא פסולת אורגנית כגון פסולת מחקלאות, מיחזור שמנים כמו שמן בישול אחרי שימוש וכו'. את הפסולת הופכים בתהליך תסיסה לאלכוהולים כגון אתנול ואז ניתן להשתמש בהם כמקור אנרגיה בפני עצמו, או לשפר אותם באמצעות תהליכים כימיים נוספים לדוגמה HVO Hydrotreated Vegetable Oil, שדרכם מוסיפים מימן בתוך השרשראות הכימיקליות.
- דלקים סינטטיים: ע"י טכנולוגיה של לכידת פחמן (CCU – Carbon capture and re-use) קולטים את הפחמן הדו-חמצני הנפלט ממפעלים גדולים. את הפחמן הדו-חמצני מערבבים עם מימן דרך תהליכים כימיים (לדוגמה Fischer-Tropsch synthesis) כדי לייצר דלקים נוזליים. יתרון ברור של ייצור הדלקים הסינתטיים טמון בכך שהוא מאפשר למחזר מפליטות פחמן דו-חמצני, הנפלטות ממפעלים אחרים.
- בייצור של שני סוגים הדלקים האלו, צריך להוסיף כמות גדולה של מימן לחומר גלם
המשותף הקריטי לשלושת התהליכים לעיל (יצור דלקים ביולוגיים, סינתטיים ומימן) הוא שמדובר בתהליכים מסורתיים של תעשיית הפטרוכימיה הקלסית, שבה מחליפים את זיקוק הנפט בשימוש בחומרי גלם מתחדשים.
אילו המעבר מזיקוק נפט גולמי ליצור דלקים דלי פחמן כל כך פשוט, מדוע נדרשת הסבה למתקנים הנמצאים בבתי הזיקוק הקיימים? בתוך נפט הגולמי מעורבבות כל הסוגים השונים של שרשראות כימיות. לכן יצור דלקים מסורתיים דורש כשלב ראשון של זיקוק הנפט הפרדה בין המולקולות הקלות ביותר (גפ"ם), הקצרות (בנזין), הבינוניות (דס"ל, דיזל) והכבדות (מזוט, ביטומן). לעומת זאת, בתהליך יצור דלקים דלי פחמן צריך בשלב הראשון להרכיב ביחד מולקולות יחסית "פשוטות" (אתנול, מתנול, פחמן דו חמצני, מימן ועוד) כדי לקבל את השרשראות הכימיות באורך הרצוי. זאת אחת מהסיבות שייצור דלקים דלי פחמן על בסיס תשתיות זיקוק נפט קיימות דורש לעשות הסבה למתקנים הקיימים.
אחרי שהמתקנים הנמצאים בבתי זיקוק קיימים עברו את ההסבה, ניתן לייצר את הדלקים המתחדשים. להלן מפה של כל הפרויקטים באירופה של בתי זיקוק לנפט שעברו הסבה ליצור דלקים ביולוגיים, סינתטיים ומימן במסגרת התוכנית האירופית Clean fuels for all, שמקדם המכון האירופי לדלקים CONCAWE. נכון להיום, מדובר בכ-49 אתרים בכל רחבי אירופה:
למרות שיש יתרון ברור לייצר דלקים דלי פחמן על בסיס תשתיות זיקוק קיימות אחרי הסבה, הוקמו גם במקביל מתקנים חדשים ליצור דלקים מתחדשים (greenfield sites). לכן נשאלת גם השאלה, מה הדרך הכי יעילה לייצור אותם דלקים, תשתיות זיקוק קיימות או בניית אתרים חדשים?
הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה בחנה את השאלה הזאת בדו"ח Advanced Biofuels – Potential for Cost Reduction. להלן טבלה המשווה את העלויות של שלושה מצבים (העלויות בטבלה כוללות הן את ההשקעות בתשתיות והן את העלויות של יצור הדלקים):
- עלות נמוכה: במקרה של הסבה של הדרגתית של תשתיות בית הזיקוק ליצור דלקים דלי פחמן (ביולוגיים) במקביל ליצור דלקים מסורתיים ע"י זיקוק נפט (refinery upgrade to allow co-processing)
- עלות בינונית במקרה של הסבה שלמה של תשתיות בית הזיקוק ולייצור דלקים דלי פחמן (ביולוגיים) בלבד (refinery revamps to HVO*)
- עלות גבוהה במקרה של הקמת תשתיות באתר חדש ליצור דלקים דלי פחמן ביולוגיים ( stand-alone self-supporting facilities)
כפי שניתן לראות בשורה הראשונה בטבלה של דו"ח הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה, עלויות ההשקעות להקמת מפעל חדש ליצור דלקים דלי פחמן (High) גבוהות פי חמישה מאשר בהסבה הדרגתית של בית זיקוק קיים (Low) ליצור משותף של דלקים דלי פחמן ומסורתיים (1,000 EUR/kW מול 200 EUR/kW). בסך הכול (שורה התחתונה בטבלה), יצור דלקים דלי פחמן במצב של הקמת מפעל חדש יקר בשמונים אחוזים מאשר הסבה הדרגתית של בית הזיקוק הקיים (91 EUR/kW מול 51 EUR/kW).
בשנת 2024 פרסם משרד האנרגיה של ארצות הברית את הדו"ח Report National Renewable Energy – 2024 שהתעמק גם בייצור דס"ל דל פחמן. בעבודה זו, גם הוא מסיק שהסבה הדרגתית של בית זיקוק קיים היא המהלך הכי יעיל מבחינת עלויות, למרות כל האתגרים הטכניים הנלווים בתהליך ההסבה:
HEFA (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids ) coprocessing offers a cost-effective alternative to stand-alone SAF facilities, requiring lower investment and minor adjustments to refinery operations.
לכן, מבחינת העלויות, יש יתרון ברור ומובהק להסבה הדרגתית של בית זיקוק קיים (refinery upgrade to allow co-processing) לייצור דלקים דלי פחמן.
לפתרון זה יתרונות נוספים. לפי הדו"ח של משרד האנרגיה האמריקאי בעמוד 22, ייצור דלקים דלי פחמן בבית זיקוק שעבר הסבה הדרגתית מאפשר:
– עלויות ההשקעות נמוכות יחסית, כפי שראינו בדוגמה לעיל.
– הפחתה ודילול הסיכונים האופרטיביים. למרות הפוטנציאל האדיר של פיתוח יצור הדלקים דלי פחמן, מדובר עדיין תחום יחסית חדש שדורש תקופת למידה וצבירת ניסיון. הסבה הדרגתית מאפשרת להתבסס על הידע ועל הניסיון של צוותי בית הזיקוק הקיים. ובנוסף לכך, השילוב ההדרגתי של הדלקים המתחדשים יחד עם הדלקים המסורתיים במוצר הסופי מוביל לדלקים יותר יציבים.
– מניעת משבר בהספקת אנרגיה. חומרי הגלם של דלקים דלי פחמן לא נדרשים לעבור דרך עמוד הזיקוק של המפעל (אין צורך בהפרדת המולקולות, בניגוד לזיקוק נפט, כפי שכבר הסברנו לעיל). לכן במקרה של הסבה הדרגתית של בית זיקוק, אין צורך לשנות את מתקן עמוד הזיקוק, שנשאר זמין ליצור דלקים פוסיליים במקרה של תקלות קווי היצור של הדלקים המתחדשים. נקודה זו עלולה להיות קריטית לישראל, בהיותה אי אנרגטי שניצב מול אתגרים ביטחוניים.
– יתרונות סביבתיים. ברור שמפעל המיצר דלקים דלי פחמן מבוסס על חומרי גלם מתחדשים יפלוט פחות זיהום בהשוואה לבית זיקוק מסורתי. למרות זאת, אין תהליך תעשייתי שאינו פולט זיהום גם לא של מוצרים "ירוקים". מכיוון שכל בתי הזיקוק כבר התקינו מתקנים לטיפול בפליטות ולמניעת שפכים, הסבה של בית זיקוק קיים יאפשר להשתמש גם בתשתיות הקיימות להפחתת זיהום.
כדברי סיכום בחרנו להביא ציטוט מהדוח של משרד האנרגיה האמריקאי, בעמוד 44:
Results indicate HEFA coprocessing is the most profitable production configuration, followed by the conversion strategy, with grassroots coming in last. This can be attributed to the use of existing assets for HEFA coprocessing, which results in a comparatively lower capital investment requirement compared to the conversion (repurposing) and grassroots strategies.
כלומר, הסבה הדרגתית של בית זיקוק קיים ליצור דלקים דלי פחמן (Co-processing) היא התהליך היעיל והאפקטיבי ביותר. בניגוד לכך, הקמת מפעל חדש מופיע כפתרון היעיל והבטוח ביותר.