Швейцария может создать новое топливо для автомобилей и самолётов

Швейцарская инженер-химик Алессия Чезарини (Alessia Cesarini) разрабатывает синтетическое топливо, которое можно будет заливать в обычные автомобили без переделки двигателей и всей заправочной инфраструктуры. Michele Andina / SWI swissinfo.ch

Швейцарская инженер-химик Алессия Чезарини разрабатывает экологичное топливо для двигателей внутреннего сгорания. Такую синтетическую замену бензину можно будет заливать в обычные автомобили без переделки моторов, систем хранения топлива и всей привычной заправочной инфраструктуры.

Электромобили в последние годы постепенно вытесняют машины с двигателями внутреннего сгорания, но полностью и быстро заменить их явно не получится. Миллионы автомобилей с ДВС ещё долгие годы будут ездить на бензине, а авиацию и вовсе трудно перевести на аккумуляторы. Но можно ведь не менять сразу весь транспорт, а заменить само топливо? Да, можно — именно поиском такого решения и занимается Алессия Чезарини из авторитетного швейцарского Федерального института материаловедения и технологий Empa в Дюбендорфе под Цюрихом.

Она разрабатывает синтетический бензин, который можно будет заливать в обычные автомобили без переделки мотора, бака и системы подачи топлива. Иначе говоря, такое топливо должно работать как обычный бензин — только с меньшим углеродным следом. В перспективе тот же подход может пригодиться и для производства авиационного топлива. В лаборатории Empa Алессия Чезарини показывает нам установку, на создание которой у неё ушло два года. Что важно: это не демонстрационный макет, а уже вполне рабочая система. Задача теперь — довести технологию до коммерческой зрелости.

Меняют картину мобильности

«В мире по-прежнему очень много систем с двигателями внутреннего сгорания. Наша идея состоит в том, чтобы предложить для них более чистое топливо, которое к тому же можно было бы производить локально», — говорит Алессия Чезарини. Швейцарии такое топливо очень пригодилось бы. На транспорт здесьВнешняя ссылка приходится 47% выбросов CO₂, связанных с потреблением энергии, тогда как в среднем по миру этот показатель составляет около 25%. Электромобили постепенно меняют картину транспортной мобильности, но от машин с двигателями внутреннего сгорания избавиться так быстро, как хотелось бы, явно не удастся. По оценке одного швейцарского исследованияВнешняя ссылка, к 2040 году на дорогах страны всё ещё останется около двух миллионов таких машин.

По оценке агентства Bloomberg, в мире к тому времени 55% автомобилей по-прежнему будут ездить на двигателях внутреннего сгорания. Есть и ещё одна проблема: не все виды транспорта одинаково легко перевести на электричество. Прежде всего это касается гражданской авиации. «Цель, поэтому — найти решение, совместимое с нынешними транспортными системами и устойчивое как с экологической, так и с экономической точки зрения», — говорит она. Исследования в области синтетического топлива сейчас активно ведутся прежде всего в Китае, США и Европе. По данным Международной обсерватории e-fuelsВнешняя ссылка за 2025 год, в 28 странах мира уже насчитывается более 120 крупных проектов.

Но пока эта технология находится на ранней стадии развития: отрасль только-только переходит от лабораторных концепций к промышленным пилотным установкам. Швейцария пытается занять в этой области лидирующие позиции в мире, при этом проект Алессии Чезарини занимает особую нишу: она начинает не с экологичного авиационного керосина, а с синтетического бензина, пригодного для обычных автомобильных двигателей. Адаптировать эту технологию для производства авиационного топлива можно будет позднее. В своей лаборатории Алессия Чезарини показывает нам две колбы с желтоватой жидкостью. «Видите разницу?» — спрашивает она. Нет, не видим. А она есть. На вид и по запаху эти жидкости практически одинаковы: обе имеют резкий, характерный бензиновый запах.

Но в одной колбе — обычный бензин с октановым числом 95, а в другой — его синтетический аналог. В основе этой технологии лежит олигомеризация — особый химический процесс, при котором небольшие молекулы, например этилен или пропилен, соединяются в более длинные углеводородные цепочки. В результате получается жидкое топливо, близкое по свойствам к обычному бензину. Важное преимущество такого подхода состоит в том, что тот же принцип в перспективе можно использовать и для получения соединений керосинового ряда — то есть топлива, пригодного для авиации.

В этом коротком видео Алессия Чезарини объясняет, как она получает синтетическое топливо.

Но как вообще из углекислого газа можно получить бензин?

Схема выглядит следующим образом. Сначала CO₂ берут либо из биогенных источников, то есть из процессов, связанных с растительным или органическим сырьём, либо улавливают прямо из воздуха. Затем этот углекислый газ превращают в простые спирты, например метанол или этанол. Затем из спиртов удаляют воду. Такой процесс в химии называется дегидратацией. В результате получают этилен и пропилен, небольшие газообразные молекулы, из которых дальше можно «собирать» более сложные углеводороды. Эти газы направляют в реактор, где вступает в работу катализатор. Он помогает перестроить молекулы: короткие фрагменты соединяются в более длинные углеводородные цепочки. Так получается жидкое синтетическое топливо, которое по своим свойствам близко к обычному бензину.

Катализатор — ключевой элемент этой технологии. От него зависит, насколько эффективно идёт реакция и сколько энергии требуется для всего процесса. Алессия Чезарини объясняет это на примере конструктора Lego: «Мы начинаем с очень маленьких молекул, которые можно сравнить с мелкими деталями Lego. Из этих деталей нужно собрать конструкцию определённой формы. С топливом происходит то же самое: у нас есть небольшие молекулы, и мы соединяем их в заранее рассчитанную смесь более длинных молекул. Точно выполнить эту сборку помогает именно катализатор». Состав катализатора Алессия Чезарини не раскрывает. Это главный технологический секрет. Она говорит только, что он отличается от других катализаторов и позволяет получать топливо с заранее заданными свойствами.

«Конкурентное преимущество»

Иными словами, на выходе должно получаться не просто «нечто, что горит», а именно такой синтетический бензин, который можно сразу использовать в обычном двигателе внутреннего сгорания. По словам Алессии Чезарини, это и есть важное конкурентное преимущество её разработки. Независимые испытания уже показали, что синтетический бензин Алессии Чезарини достигает октанового числа RON 95, то есть соответствует уровню обычного неэтилированного бензина на заправке. Первые расчёты также показывают, что при промышленном производстве такое топливо может стать вполне конкурентоспособным по цене. «Ведь не нужно ничего менять и переоборудовать. Вы просто заменяете ископаемое топливо, а двигатель работает как прежде», — объясняет Алессия Чезарини.

В Empa это топливо называют «экологически чистым», хотя точных данных по выбросам пока нет. Теоретически, говорит Алессия Чезарини, это топливо способно сократить выбросы парниковых газов почти на 100% — в зависимости от того, откуда берутся CO₂ и энергия для производства. Более реалистичная оценка, по её словам, составляет примерно 90–95%. Немецкий эксперт Йорг Зауэр (Jörg Sauer) называет проект Алессии Чезарини «очень актуальным». В последние годы исследования в области олигомеризации часто были сосредоточены на авиационном топливе. Но, как говорит Йорг Зауэр, соединения бензинового ряда ещё долго будут нужны для решения самых разных задач. Йорг Зауэр возглавляет Институт каталитических исследований и технологий при Технологическом институте Карлсруэ (KITВнешняя ссылка).

Независимые испытания показали, что синтетическое топливо Алессии Чезарини уже достигает октанового числа RON 95 — то есть соответствует уровню обычного неэтилированного бензина.

Он подчёркивает: если такое экологичное топливо выводить на рынок, то его качество придётся контролировать особенно строго. Синтетический бензин должен стабильно соответствовать всем техническим стандартам, иначе его нельзя будет просто заливать в обычные автомобили. Алессия Чезарини начала заниматься синтетическим топливом в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zurich). Тогда её проекты были связаны с авиационным топливом, но в авиации действуют очень жёсткие международные правила сертификации, а их внедрение часто занимает больше 10 лет. Поэтому она изменила стратегию, решив для начала вывести на рынок топливо для автомобильного транспорта, где согласования проходят быстрее, а сам процесс в значительной степени регулируется на национальном уровне.

«Неизвестные неизвестные»

Рядом с её лабораторией уже работает более крупный испытательный прототип. Он способен производить около 10 тыс. литров синтетического топлива в год. Получив предпринимательскую стипендию Empa Entrepreneur Fellowship, исследовательница из кантона Тичино уже готовится основать собственный стартап. «Похоже, моя диссертация превратилась в компанию», — говорит Алессия Чезарини с улыбкой. «А бизнес — это как учить новый язык». Не исключено, что практические испытания нового топлива начнутся в лесном хозяйстве страны: там нужны сравнительно небольшие объёмы горючего, а использование техники легче анализировать и контролировать. Следующий этап — увеличить объём производства до одного миллиона литров в год, а затем перейти уже к промышленным поставкам.

Вывод такой технологии на уровень коммерческой рентабельности — это отдельная инженерная задача. Исследователи Empa признают: на пути от лабораторной установки к рынку могут возникнуть проблемы, которые сейчас трудно даже предсказать. «Это то, что часто называют unknown unknowns — неизвестные неизвестные», — говорит Натали Касас (Nathalie Casas), руководитель отдела энергетики, мобильности и окружающей среды в Empa. Йорг Зауэр говорит о том же. По его словам, следующий пилотный проект нужно будет жёстко встроить в понятный производственный процесс: заранее определить исходное сырьё, желаемый химический состав конечного продукта и условия работы установки. Только так можно будет прямо связать режим производства с качеством получаемого топлива. Для крупномасштабного производства понадобятся и значительные инвестиции — возможно, десятки миллионов франков.

«В мире есть много инвесторов, готовых вкладывать деньги в такие технологии, хотя мир быстро меняется, и общая ситуация не становится проще», — признаёт Натали Касас. По её словам, Швейцария могла бы разрабатывать такие технологии и затем выводить их на мировой рынок. «Здесь удобно создавать компании, которые способны продавать эти инновации миру. И если Швейцария сможет помочь миру декарбонизировать топливо, это будет огромным достижением», — считает Натали Касас. Йорг Зауэр с этим согласен. По его мнению, у Швейцарии есть шанс занять эту технологическую нишу благодаря своей развитой сфере исследований и разработок и умению доводить научные идеи до практического применения. Несмотря на все трудности, Алессия Чезарини уверена, что спрос и инвесторы появятся.

Тем более что интерес к таким технологиям подпитывается не только климатическими вопросами, но и вопросами энергетической безопасности — на это регулярно указывает и Международное энергетическое агентство (IEA). «Необходимость чем-то заменить ископаемое топливо становится всё более острой», — говорит Алессия Чезарини. Но когда же такой климатически более чистый бензин можно будет купить на швейцарских заправках? «Хотелось бы, конечно, чтобы это произошло как можно скорее», — отвечает Алессия Чезарини. Но она знает, что между лабораторной установкой и бензоколонкой пролегает дистанция огромного размера: нужно нарастить производство, подтвердить качество топлива, пройти все согласования и доказать, что новая технология работает не только в реакторе Empa, но и в реальной экономике.

Так же по теме:

Перевод с английского. Русскоязычная версия под редакцией НК, ИП, АП.