Введение

Метанольная экономика – это концепция будущей экономики, в которой метанол и диметиловый эфир приходят на смену ископаемому топливу как средство накопления энергии, топливо для наземного транспорта и сырье для синтеза углеводородов и продуктов на их основе. Она представляет собой альтернативу предлагаемым водородной и этанольной экономикам, хотя эти концепции не исключают друг друга. Метанол может производиться из различных источников, включая ископаемое топливо (природный газ, уголь, сланцевая нефть, битуминозные пески и т.д.), а также сельскохозяйственную продукцию, твердые бытовые отходы, древесину и разнообразную биомассу. Его также можно получать путем химической переработки углекислого газа. Лауреат Нобелевской премии Джордж А. Олах был сторонником метанольной экономики.

Топливо

Метанол является топливом для тепловых двигателей и топливных элементов. Благодаря высокому октановому числу он может использоваться непосредственно в качестве топлива в автомобилях с гибким топливом (включая гибридные и подзаряжаемые гибридные автомобили), использующих существующие двигатели внутреннего сгорания (ICE). Метанол также может сжигаться в некоторых других типах двигателей или для получения тепла, подобно другим жидким видам топлива. Топливные элементы могут использовать метанол либо непосредственно в топливных элементах прямого действия на метаноле (DMFC), либо косвенно (после преобразования в водород посредством риформинга) в топливных элементах с риформингом метанола (RMFC).

Сырье

Метанол уже сегодня широко используется для производства разнообразных химических веществ и продуктов. В 2015 году мировой спрос на метанол в качестве химического сырья достиг примерно 42 миллионов метрических тонн в год. С помощью процесса превращения метанола в бензин (MTG) его можно перерабатывать в бензин. Используя процесс превращения метанола в олефины (MTO), метанол также можно превратить в этилен и пропилен – два химических вещества, производимые в нефтехимической промышленности в наибольших объемах. Они являются важными строительными блоками для производства основных полимеров (LDPE, HDPE, PP), и, как и другие химические полупродукты, в настоящее время производятся главным образом из нефтяного сырья. Производство этих веществ из метанола могло бы снизить нашу зависимость от нефти, а также позволит продолжать их производство после истощения запасов ископаемого топлива.

Сравнение стоимости Экономика метанола против Экономика водорода

Стоимость топлива: метанол дешевле водорода. Для больших объемов (танки) цена на ископаемый метанол составляет около 0,3–0,5 USD/л. Один литр метанола имеет такое же энергетическое содержание, как 0,13 кг водорода. Для средних объемов (поставка в контейнере IBC объемом 1000 л метанола) цена на ископаемый метанол обычно составляет около 0,5–0,7 USD/л, на биометанол – около 0,7–2,0 USD/л, а на электронный метанол из CO2 – около 0,8–2,0 USD/л плюс залог за контейнер IBC. Для средних объемов водорода (комплект газовых баллонов) цена за 0,13 кг ископаемого водорода обычно составляет около 5–12 USD плюс арендная плата за баллоны. Значительно более высокая цена на водород по сравнению с метанолом обусловлена, в частности, сложной логистикой и хранением водорода. В то время как биометанол и возобновляемый электронный метанол доступны у дистрибьюторов, зеленый водород обычно еще не представлен в дистрибьюторских сетях. Ожидается, что в будущем цены на возобновляемый водород и возобновляемый метанол снизятся. Преобразование энергии: для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, работающих на метаноле, существенных дополнительных затрат по сравнению с бензиновыми транспортными средствами нет, тогда как дополнительные затраты для легкового автомобиля с метанольным топливным элементом составят около 600–2400 USD по сравнению с легковым автомобилем с водородным топливным элементом (преимущественно дополнительные затраты на реформер, вспомогательное оборудование и, возможно, сам топливный элемент за вычетом стоимости водородного резервуара и высоконапорного оборудования для водорода).

Преимущества

В процессе фотосинтеза зеленые растения используют энергию солнечного света для расщепления воды на свободный кислород (который выделяется) и свободный водород. Вместо того, чтобы пытаться запасать водород, растения немедленно поглощают углекислый газ из воздуха, позволяя водороду восстанавливать его до запасаемых видов топлива, таких как углеводороды (растительные масла и терпены) и полиалкоголи (глицерин, сахара и крахмал). В концепции метанольной экономики любой процесс, аналогично производящий свободный водород, предполагает его немедленное использование "на месте" для восстановления углекислого газа в метанол, который, как и продукты фотосинтеза, обладает значительными преимуществами в хранении и транспортировке по сравнению с самим свободным водородом. Метанол является жидкостью при нормальных условиях, что обеспечивает его удобное хранение, транспортировку и дозирование, подобно бензину и дизельному топливу. Его также можно легко преобразовать путем дегидратации в диметиловый эфир – заменитель дизельного топлива с цетановым числом 55. Метанол растворим в воде: случайный выброс метанола в окружающую среду нанесет значительно меньший ущерб, чем аналогичный разлив бензина или сырой нефти. В отличие от этих видов топлива, метанол биоразлагаем и полностью растворим в воде, быстро разбавляясь до концентрации, достаточной для начала биоразложения микроорганизмами. Этот эффект уже используется на очистных сооружениях, где метанол применяется для денитрификации и в качестве питательной среды для бактерий. Случайные выбросы, вызывающие загрязнение грунтовых вод, пока не были тщательно изучены, однако предполагается, что они могут происходить относительно быстро.

Сравнение с этанолом

Может быть произведен из любого органического материала с использованием проверенной технологии через синтез-газ. Нет необходимости использовать пищевые культуры и конкурировать с производством продуктов питания. Количество метанола, которое можно получить из биомассы, значительно превышает количество этанола. Метанол может конкурировать с этанолом и дополнять его на диверсифицированном энергетическом рынке. Метанол, полученный из ископаемого топлива, имеет более низкую цену, чем этанол. Его можно смешивать с бензином, как и этанол. В 2007 году Китай добавил в топливо более 200 000 тонн метанола и планирует ввести стандарт на топливо, содержащее метанол, к середине 2008 года. M85, смесь, содержащая 85% метанола и 15% бензина, может использоваться аналогично E85, который продается на некоторых автозаправочных станциях в настоящее время.

Северная Америка

Enerkem из Канады производит возобновляемый метанол мощностью 100 000 т/год. Celanese объявила в мае 2021 года о планах по производству метанола из CO2 на площадке Clear Lake в штате Техас. Для этого планируется использовать 180 000 тонн CO2 в год.

Южная Америка

Консорциум Porsche, Siemens Energy, Enel, AME и ENAP планирует построить производственные мощности для производства возобновляемого метанола, используя энергию ветра и CO2, извлеченный из воздуха (по состоянию на июль 2021 года). С помощью ExxonMobil метанол будет преобразован в другие синтетические виды топлива. К 2024 году консорциум намерен производить 55 миллионов литров e-топлива, а к 2026 году – около 550 миллионов литров e-топлива.