Кіріспе

Метанол экономикасы – метанол мен диметил эфирінің энергия сақтау құралы, құрлық көлігі үшін отын және синтетикалық көмірсутектер мен олардың өнімдерінің бастау материалы ретінде қазба отындарды алмастыратын болашақ экономика. Ол сутегі экономикасы немесе этанол экономикасына балама болып табылады, алайда бұл ұғымдар өзара байланысты. Метанол түрлі көздерден өндіріледі, оның ішінде қазба отындар (табиғи газ, көмір, мұнай тақтасы, битумді құмдар және т.б.), сондай-ақ ауыл шаруашылығы өнімдері, қалалық қалдықтар, ағаш және әртүрлі биомасса жатады. Оны көмірқышқыл газын химиялық қайта өңдеу арқылы да алуға болады. Нобель сыйлығының лауреаты Джордж А. Олах метанол экономикасын қолдады.

Отын

Метанол жылу қозғалтқыштары мен отын элементтері үшін отын болып табылады. Оның жоғары октан саны болғандықтан, ол қазіргі ішкі жанасу қозғалтқыштарын (ICE) пайдаланатын флекс-отынмен жүретін көліктерде (гибридтік және плагин-гибридтік көліктерді қоса) тікелей отын ретінде қолданылуы мүмкін. Метанолды басқа да түрлі қозғалтқыштарда немесе басқа сұйық отындар сияқты жылу алу үшін жағуға болады. Отын жадырақтары метанолды тікелей метанол отын жадырақтарында (DMFC) немесе жанама түрде (реформациялау арқылы сутегіге айналдырылғаннан кейін) реформаланған метанол отын жадырақтарында (RMFC) пайдалана алады.

Шикізат

Метанол қазірдің өзінде көптеген химиялық заттар мен өнімдерді өндіру үшін кеңінен қолданылады. 2015 жылғы мәліметтер бойынша, химиялық шикізат ретінде метанолға деген әлемдік сұраныс жылына шамамен 42 миллион метрикалық тоннаға жеткен. Метанолдан бензинге (MTG) процесі арқылы оны бензинге айналдыру мүмкін. Метанолдан олефинге (MTO) процесін пайдаланып, метанолды этилен мен пропиленге – мұнай-химия өнеркәсібіндегі ең көп өндірілетін екі химиялық затқа айналдыруға болады. Бұл заттар маңызды полимерлерді (LDPE, HDPE, PP) өндіру үшін қажетті құрамдас бөліктер болып табылады және басқа химиялық аралықтар сияқты, қазіргі уақытта көбінесе мұнай шикізатынан өндіріледі. Метанолдан оларды өндіру мұнайға тәуелділігімізді азайтуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл қазба отын қоры таусылған жағдайда да осы химиялық заттарды өндіруді жалғастыруға жол ашады.

Шығындарды салыстыру Метанол экономикасы мен сутегі экономикасы

Отын құны: Метанол сутектен арзан. Үлкен көлемде (цистерна) қазылған метанолдың бағасы шамамен 0,3-0,5 АҚШ доллары/л. Бір литр метанолдың энергиясы 0,13 кг сутегінің энергиясына тең. Орташа көлемде (1000 л метанолмен IBC контейнерінде жеткізіледі) қазылған метанолдың бағасы әдетте 0,5-0,7 АҚШ доллары/л, биометанол үшін 0,7-2,0 АҚШ доллары/л, ал CO2-ден алынған электрометанол үшін 0,8-2,0 АҚШ доллары/л құрайды, сонымен қатар IBC контейнері үшін кепіл ақысы да бар. Орташа көлемдегі сутегі (газ баллондары жиынтығы) үшін 0,13 кг қазылған сутегінің бағасы әдетте 5-12 АҚШ доллары, сонымен қатар баллондарды жалға алу ақысы қосылады. Сутегінің метанолға қарағанда едәуір жоғары бағасы, басқа факторлармен қатар, сутектің күрделі логистикасымен және сақталуымен байланысты. Биометанол мен жаңартылатын электрометанол дистрибьюторларда қолжетімді, ал жасыл сутегі әдетте дистрибьюторларда жоқ. Жаңартылатын сутегі мен метанол бағасының болашақта төмендеуі күтілуде. Энергияны түрлендіру: Метанолмен жұмыс істейтін ішкі жану қозғалтқышы бар көліктер бензинмен жұмыс істейтін көліктерге қарағанда айтарлықтай қосымша шығындарсыз жұмыс істей алады, ал метанол отын ұяшығы бар жолаушылар көлігі үшін қосымша шығындар сутек отын ұяшығы бар жолаушылар көлігімен салыстырғанда шамамен 600-2400 АҚШ долларын құрайды (негізінен реформаторға, жүйе компоненттерінің балансына және, мүмкін, ұяшыққа қосымша шығындар, бірақ сутек резервуары мен сутек жоғары қысымды құралдарына арналған шығындардан басқа).

Артықшылықтар

Фотосинтез процесінде жасыл өсімдіктер күн сәулесінің энергиясын пайдаланып, суды еркін оттегіге (босатылатын) және еркін сутегіне бөледі. Сутегін сақтауға тырысудың орнына, өсімдіктер ауадан көмірқышқыл газын дереу сіңіріп, сутегі арқылы оны көмірсутектерге (өсімдік майлары мен терпендерге) және полиалкогольдерге (глицерол, қанттар мен крахмалға) айналдырып, сақтауға қолайлы отынға түрлендіреді. Метанол экономикасында, еркін сутегін осылай өндіретін кез келген процесте, оны көмірқышқыл газын метанолға айналдыру үшін дереу "қамауда" пайдалану ұсынылады. Бұл, фотосинтезден алынған өсімдік өнімдері сияқты, бос сутегінен сақтау және тасымалдау жағынан үлкен артықшылықтарға ие. Метанол қалыпты жағдайда сұйық күйде болады, сондықтан бензин мен дизель отыны сияқты оңай сақтауға, тасымалдауға және пайдалануға болады. Оны сусыздау арқылы диметил эфиріне айналдыруға болады, ол цетан саны 55-ке тең дизель отынының орнына қолданылады. Метанол суда ериді: Метанолдың ортаға кездейсоқ түсуі бензин немесе шикі мұнайдың төгілуінен кем залал келтіреді. Бұл отындардан айырмашылығы, метанол биологиялық түрде ыдырайды және суда толығымен ериді, сондықтан микроорганизмдердің биодеградацияны бастауы үшін концентрациясы тез төмендейді. Бұл әсер су тазарту станцияларында қолданылады, онда метанол денитрификация үшін және бактерияларға қоректік зат ретінде пайдаланылады. Жер асты суларының ластануына себеп болатын кездейсоқ түсулер толыққанды зерттелмеген, бірақ олардың салыстырмалы түрде жылдам өтетіні ескеріледі.

Этанолмен салыстыру

Кез келген органикалық материалдан сынақтан өткен технология арқылы синтез газды пайдалану арқылы жасалуы мүмкін. Тамақ дақылдарын пайдалану қажеттілігі жоқ, олар тамақ өндірісімен бәсекелеспейді. Биомассадан алынатын метанол мөлшері этанолдан әлдеқайда артық. Энергия нарығының әртүрлілігінде этанолмен бәсекелесе де, оны толықтыра да алады. Қазылған отыннан алынған метанолдың бағасы этанолдан төмен. Этанол сияқты бензинге қосылуы мүмкін. 2007 жылы Қытай отынға метанолдың белгілі бір мөлшерін қосты және 2008 жылдың ортасына қарай метанол отыны стандартын енгізеді. 85% метанол және 15% бензин қоспасы болып табылатын M85, бүгінде кейбір жанармай құю станцияларында сатылатын E85 сияқты қолданылуы мүмкін.

Солтүстік Америка

Канадалық Enerkem компаниясы жылына 100 000 тонна жаңартылатын метанол өндіреді. Celanese компаниясы 2021 жылдың мамыр айында Техас штатының Clear Lake орналасқан жерінде CO2-ден метанол өндіру жоспарын жариялады. Бұл үшін жылына 180 000 тонна CO2 қолданылатын болады.

Оңтүстік Америка

Porsche, Siemens Energy, Enel, AME және ENAP консорциумы жел қуаты және ауадан алынған CO2 пайдаланып, жаңартылатын метанол өндіру үшін өндіріс орталықтарын салуды жоспарлап отыр (2021 жылдың шілдесіне дейін). ExxonMobil-дің көмегімен метанол одан әрі синтетикалық отынға айналдырылады. Консорциум 2024 жылға қарай 55 миллион литр, ал 2026 жылға қарай шамамен 550 миллион литр e-отын өндіруді мақсат тұтып отыр.