Метанол өнеркәсібінің экологиялық әсері және тұрақты дамуы

Метанол өндіру маршруттарының өмірлік циклін бағалау

Шикізат бойынша экологиялық іздерді түсіну

Қазіргі кезде өмірлік циклді бағалауға қарағанда метанол өндіру кезінде қолданылатын шикізатқа байланысты экологиялық іздің қаншалықты әртүрлі болатынын көрсетеді. Биомассадан пайдалынатын әдістермен көмір негізіндегі әдістерді салыстырғанда, көміртек шығарындыларында үлкен айырмашылық бар. Көмір биомасса нұсқасына қарағанда метанолдың әр тоннасына шаққанда шамамен 2,7 есе көп CO2 шығарады. Сонымен қатар, күкірт диоксидіне эквивалентті мәндер бойынша пайдалы қазбаларға негізделген әдістер әр килограмм метанолға 1,54 кг құрайды, ал 2019 жылы Чэнь және оның әріптестері жариялаған зерттеулерге сәйкес қайта қалпына келтірілетін көздерден тек 0,21 кг шығады. Кейбір соңғы заманғы зерттеулер метанол алу үшін алты әртүрлі әдісті қарастырып, қызықты нәтиже алып шықты. Таза электр энергиясымен қоса отырып, қалдық CO2 электролизін қолдану газды риформингтің дәстүрлі әдістерімен салыстырғанда глобалды жылыну әсерін жуық 90 пайызға дейін азайтады.

Метанол өндіру жолдарындағы Өмірлік Циклді Бағалау (ОСВ) әдістемесі

ISO 14040/44 стандартына сәйкес ЖОБ жанармайды өндіруден бастап метанолды таратуға дейінгі әсерлерді жүйелі түрде бағалайды және төмендегі төрт маңызды кезеңнен тұрады:

• Қорларды талдау : Бу тамшылары мен ауыр металдар сияқты 19-дан астам шығарынды санаттарын қадағалау
• Әсерлерді бағалау : Шығарындыларды CO2-эквивалентіне IPCC 2021 сипаттамалық коэффициенттерін қолдана отырып айналдыру
• Сезімталдықты тексеру : Энергия көздері мен катализаторлық тиімділіктердегі өзгерістерді модельдеу
• Бөлу : Сутек немесе синтез-газ сияқты қосалқы өнімдерге масса-энергия принциптерін қолдану

Соңғы әдістемелік жетістіктер термохимиялық (мысалы, газификация) және электрхимиялық (мысалы, CO2-ті сутектendirу) әдістерді тікелей салыстыруды мүмкіндік береді.

Салыстырмалы LCA: Қытайдағы көмір негізіндегі және биомасса негізіндегі метанол

Қытайдың көмірға негізделген метанол өнеркәсібі (жасалымның глобалдық көлемінің 82%) метанолдың 1 тоннасына 3,1 тонна CO2 биомасса негізіндегілермен салыстырғанда 0,8 тонна. Алайда, аймақтық биомасса қорының шектеулілігі практикада таза шығарындылардың 34–61% азаятынын шектейді. 2023 жылғы провинциялық зерттеу ауылшаруашылық қалдықтар негізіндегі метанолдың мынаны қамтамасыз ететінін көрсетті:

Метрика	Көмір негізіндегі	Биомасса негізіндегі
Қышқылдану	4,2 кг SO2	1,1 кг SO2
Энергияға деген сұраныс	38 ГДж	22 ГДж
Су пайдалануы	9,7 м³	3,4 м³

Жасыл метанол сертификаттау үшін ISO-ға сәйкес келетін өмірлік циклді талдау бойынша глобалдық тенденциялар

2023 жылғы Тұрақты Метанол Бағдарламасы аясында компаниялар метанолын «жасыл» деп белгілеу үшін көміртегі есебінде ISO 14067 стандарттарын қатаң сақтауы керек. Жаңа жобалардың шамамен 89 пайызы өндірудің бастапқы кезеңінен соңына дейінгі әрбір сатысын бақылауды бастады. Европада өндірушілер қазіргі уақытта жердің пайдаланылуының қалай өзгергенін немесе электролизаторлар жасау үшін қанша сирек кездесетін жер металдары жұмсалғанын қоса алғанда, экологияға әсер ететін он екі әртүрлі көрсеткішті бақылап отыр. Бұл ақпарат теңіз кемілері мен өнеркәсіптік процестер үшін таза отын опциясына ауысқан кезде шығарындылар шынымен төмендейтінін тексеруге мүмкіндік береді.

Кәдімгі және Тұрақты Метанол: Шығарындылар мен Көміртегі Интенсивтілігі

Фосфорлы негізіндегі метанол өндіру кезіндегі жоғары шығарындылар

Метанол өндірудің көбінесе дәстүрлі әдістері тас көмір мен табиғи газды жағуға негізделген, ол әрбір 1 тонна метанол өндірген сайын шамамен 8-10 тонна CO2 шығарып тастайды. Бұл экологиялық тұрғыдан қолайлырақ әдістермен салыстырғанда шамамен үш есе нашар. Тас көмір әлі де Қытай сияқты елдерде патшалық етеді, онда әлемдегі метанол шығарындыларының жуық екі үш бөлігі осы зауыттардан шығады. Бұл процесс тек климат өзгерісі үшін ғана емес, сонымен қатар өндіру кезінде шикізаттың 1,2%-дан 3,8%-на дейін шығып қалатын метан шығыны деп аталатын құбылыс бар. Сонымен қатар күкірт қосылыстары да бөлініп шығады, бұл өндіріс орналасқан жерлердегі тұрғындар үшін ауа сапасына байланысты мәселелерді одан әрі нашарлатады.

Өндіру технологиялары бойынша көміртегі интенсивтілігін салыстыру

2023 жылғы өмірлік циклды талдау шығарындылар профиліндегі айқын айырмашылықтарды көрсетеді:

Өнім шығару әдісі	CO2 эквиваленті (кг/кг MeOH)	Энергия көзіне тәуелділік
Тас көмірді газдау	2,8–3,1	89% пайдалы қазбалар
Табиғи газды риформингтеу	1,2–1,7	76% пайдалы қазбалар
Биомассаны газдау	0,4–0,9	52% қайталанатын шикізат
CO2 сутегілендіру (CCU)	0,2–0,5*	95% қайталанатын электр энергиясы

*Сертификатталған жасыл сутегі мен ұсталған CO2 қолданылған кезде

Зерттеу мысалы: Норвегияның eМетанол тәжірибелік қондырғысында шығарындыларды азайту

Норвегияның алғашқы өнеркәсіптік масштабтағы eМетанол зауыты цемент өндірісінен көміртек ұстаумен бірге шельфтан тыс жел энергиясын (1,2 ГВт қуаты) интеграциялау арқылы дәстүрлі жүйелерге қарағанда өмірлік цикл бойынша 94% төменгі шығарындыларды көрсетеді. Бұл модель қарbonдық ықпалды 0,15 тонна CO2/тонна MeOH – ЕО-ның көміртегінен тазарту жобалары үшін эталон.

Көгілдір метанол: Көшу шешімі немесе көміртегінің ұстау қаупі?

Көгілдір метанол (50–70% CO2 ұстап алумен қатар пайдаланылатын пайдалы қазбалардан алынған) қысқа мерзімді шығарындыларды азайтуға мүмкіндік берсе де, саланың талдаушылары көміртегіні ұстап алу мен сақтауға (CCS) тым көп сүйену толықтай жаңарымды энергия көздеріне көшуді кешіктіруі мүмкін дейді. Қазіргі CCS тиімділік көрсеткіштері (жұмыс істеп тұрған қондырғыларда 68–72%) әлі де атмосферадағы CO2-нің маңызды деңгейде шығып кетуіне мүмкіндік береді және ұзақ мерзімді климаттық мақсаттарға қауіп төндіреді.

CO2-ны пайдалану және метанол синтезіндегі CCU жаңашылықтары

Қалдық CO2-ны метанол шикізатына айналдыру

Метанол өнеркәсібіндегі барлаған кәсіпорындар қалдық шығындыларды пайдалы химикаттарға айналдырудың бір жолы ретінде көміртек ұстау және пайдалану технологиясына көшу үстінде. Осы жаңа жүйелер болат зауыттары мен электр станцияларынан шығатын CO2-нің шамамен 30-50 пайызын ұстап, оны жасыл сутекпен араластырып метанол отынын алуға мүмкіндік береді. 2025 жылы ScienceDirect-те жарияланған зерттеулерге сәйкес, мыс-қорғасын және тотықтырылмаған графен оксиді негізіндегі кейбір жаңаша катализаторлар CO2-ні шамамен 65 пайызға дейінгі тиімділікпен өзгертуге қол жеткізді. Бұл өндіріс процестері үшін біздің қажет ететін көмірсутекті отындардың азаюын білдіреді. Егер осындай шеңберлік экономика моделі әлем бойынша енгізілсе, сарапшылар 2040 жылға қарай жылына шамамен 1,2 миллиард тонна CO2 шығындыларын азайтуға болатынын бағалайды.

Көміртек ұстау және пайдалануда (CCU) каталистикалық тиімділік

Электрокатализаторлардағы жаңалықтар CO₂-ті метанолға айналдыру үшін қажетті энергияны едәуір төмендетуде. Соңғы сынақтар көрсеткендей, никельге негізделген катализаторлар кәдімгі мыс-цинк қоспаларымен салыстырғанда жұмыс температурасын 40% төмендетіп, 80% метанол селективтілігін сақтап қалады. Зерттеушілер күкірт қоспаларына төзімді, ұзақ қызмет ететін катализаторлардың қажеттілігіне баса назар аударады — бұл түтін газын қайта өңдеуде жиі кездесетін қиындық.

Зерттеу жағдайы: Исландиядағы жаңашыл CO₂-ті метанолға айналдыратын құрылғы

2022 жылдан бастап жұмыс істеп келе жатқан Исландиядағы жаңашыл құрылғы вулкандық жержылу энергиясын ұстап алынған CO₂-пен ұштасырып, жылына 4000 тонна қайталанатын метанол өндіреді. Жоғары пайдалы әсер коэффициентіне ие сілтілі электролизаторларды интеграциялау арқылы өсімдік жобаланған 90% қайталанатын энергияны пайдалануды қамтамасыз етеді — бұл декарбонизацияланған метанол өндірудің эталоны болып табылады.

Тікелей ауа ұстауды қайталанатын энергиямен жұмыс істейтін метанолмен ұштастыру

Қазіргі заманғы жобалар тікелей ауадан көміртегіні ұстау (DAC) технологияларын күн энергиясы/жел энергиясымен жұмыс істейтін метанол зауыттарымен жұптастыруда. Зерттеу деректері DAC-тан алынған метанолдың нүктелік көзден CO2 ұстауға қарағанда 30% артық энергия талап ететінін, бірақ қосымша қалпына келетін энергияны пайдаланған кезде көміртегіге теріс әсер ететінін көрсетеді. Модульді конструкциялар масштабталу қиындықтарын шешуде, ал тәжірибелік қондырғылар желіден тыс толығымен 100% электр энергиясын пайдалана отырып жылына 500 тонна өнім шығару қуатына ие болды.

Жасыл метанол өндіруде қалпына келетін электр энергиясының рөлі

Жасыл сутегі және eMetanol: Power-to-X синергиясы

Метанол өндірудегі жаңартылатын электр энергиясына судың электролизі арқылы жасалған жасыл сутек қосу арқылы басталады. Кейбір соңғы зерттеулер Nature журналының өткен жылғы мәліметтеріне сәйкес, офшорлық жел электр станцияларының шамамен 72% қуат факторымен жұмыс істеуі туралы қызықты нәтижелер көрсетті, бұл бүкіл әлемдегі күн сәулесі панельдерінен көрінетін нәтижеге қарағанда шамамен 40 процентке жоғары. Жел электр станциялары күн сәулесі қондырғылары сияқты тоқтап тұрмай, үздіксіз жұмыс істейтіндіктен, сутекті үздіксіз өндіру үшін одан да жақсы жарамды болып көрінеді. Power-to-X технологиясымен біріктірілген кезде, бұл жинақтау біздің қолымыздан келмейтін жаңартылатын энергия көздерін сенімді метанол отыны қорларына айналдыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл ЕО Белгіленген 2018/2001 Директивасында қойылған барлық талаптарды орындайды, онда қуаттың шығу орны мен өндірісте қолданылу орны арасында уақыт пен орын бойынша энергия сәйкестігі қажет.

Күн және жел энергиясын қолданып метанол зауыттарын электрлендіру

Қазіргі кезде көптеген метанол зауыттары тікелей жаңартылатын энергия көздеріне қосылуда. Күн сәулесі мен жел гибридтері ескі жүйелермен салыстырғанда электр желісіне тәуелділікті шамамен 60-65% азайтты. Еуропалық Одақ 2023/1184 санатындағы Тарапшамалы реттеу актісін қабылдады, бұл ынталандыруды ынталандырады. Үш жыл ішінде өздерінің жанына жел немесе күн электр станцияларын салатын зауыттар толығымен жаңартылатын ретінде жіктеледі. Бұл өнеркәсіпте нақты айырмашылық жасап жатыр. Метанол өндірумен жұпталған теңізден тыс жел электр станцияларының да үлкен потенциалы бар. Осындай жүйелер порттарда бірге жұмыс істегенде, метанолды тоннасына $800-ден төмен бағаға өндіре алады, бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда әлдеқайда қымбат болғанымен, елеулі жетістік.

Зерттеу жағдайы: Швециядағы Сименс Энергияның eMethanol жобасы

Скандинавиядағы кішігірім eMethanol өндіретін зауыт дәстүрлі пайдалы қазбаларға негізделген әдістермен салыстырғанда көміртегі шығындарын 92%-ға жуық төмендетіп, елеулі өзгеріс туғызып отыр. Бұл қалай мүмкін болды? Объект 240 МВт-дық жел электр станциялары мен икемді электролизер қондырғыларын біріктіретін ерекше жүйе арқылы жергілікті жел энергиясын пайдаланады. Күні бойы жел тұрақты соқпайтын болса да, бұл жүйелер жыл бойы уақыттың 94%-ында жұмыс істеуді қамтамасыз етеді, бұл — қайталанбалы энергия жобалары үшін өте ерекше нәтиже. Алдағы уақытта сарапшылар осы әдістің келесі онжылдықтың соңына қарай толық көлемге шыққан кезде жылына шамамен 1,2 миллион тонна өнім өндіруге мүмкіндік беретініне сенімді. Ең бастысы — оның жүзеге асуы үшін үкіметтің қаржылық көмегі де қажет емес.

Масштабталатын жасыл метанолды қолдаушы энергия құнының төмендеуі

Жаңартылатын энергияның құнының төмендеуі 2020 жылдан бері көгілдір метанол өндіру шығындарын 34% -ға қысқартты, ал күн сәулесін пайдаланатын фотоэлектрлік қондырғылардың капитал салымының құны оңтайлы аймақтарда 0,15 АҚШ доллары/Вт деңгейіне жетті. Бұл құндық траектория 2035 жылға дейін жел және күн электр энергиясының өндіруге белгіленген бірлік құнының (LCOE) 45–58% азаятыны туралы IRENA-ның болжамдарымен сәйкес келеді және 2028 жылға қарай қолайлы энергетикалық нарықтарда көгілдір метанолмен баға паритетіне жетуге мүмкіндік береді.

Кеме құралдары мен өнеркәсіптік қолданыстағы таза отын ретіндегі метанол

Теңіз көлігінің көміртегінен тазартылуындағы метанол: Ауыр отын майына альтернатива ретінде

Бүгінгі күнде барлық теңіз кемілері 2030 және одан да арығырақтағы қатаң ЕЖҰ нормаларына сәйкес келу үшін метанолға көбірек көшуі керек. Ережелер негізінен 2008 жылмен салыстырғанда көміртегі шығарындыларын 40% дейін азайту талап етеді. Метанол қазіргі двигательдердің көпшілігімен жақсы жұмыс істейді және күкірт мөлшерін де қатты төмендетеді – қазіргі теңіз кемілерінде пайдаланылатын қалыпты ауыр отын майымен салыстырғанда шамамен 98% аз. Бұл метанолды флотты толығымен қайта жабдықтамай-ақ таза жұмыс істеуін қалайтын иелер үшін жақсы көпір шешімі болып көрінеді. Кейбір ірі теңіз кемілері метанолмен жұмыс істеуге дайын двигательдері бар жаңа кемілер салуды бастады. Бұл тәсіл қымбат қайта жабдықтаулардан ақша үнемдеуге мүмкіндік береді және экологиялық стандарттарға дер кезінде сай келуге алға қарай жылжуға көмектеседі.

Метанолдың жануы кезінде бөлшектер мен NOx шығарындыларының төмендеуі

2023 жылғы сынақтар метанолды жағу теңіз отынына қарағанда бөлшектік заттарды шамамен 80% азайтатынын және азот тотықтарының (NOx) шығарындысын шамамен жартыға төмендететінін көрсетті. Бұндай жақсару порттардағы ауа сапасы мәселелерін шешуге көмектеседі және Халықаралық теңіз ұйымының (IMO) азот оксидтері бойынша белгілеген Tier III стандарттарына сәйкес келеді. Аммиак немесе сутек сияқты басқа альтернативалармен салыстырғанда, метанол кемелердің қолданылып жүрген сақтау резервуарлары мен отын құю инфрақұрылымына ірі өзгерістер енгізуді қажет етпейтіндігімен ерекшеленеді. Құнын көтермей-ақ көміртегіні азайтуды қалайтын кеме иелері үшін бұл метанолды флотты уақыт өте келе тазалау үшін мағыналы опция болып табылады.

Зерттеу мысалы: Еуропадағы метанолмен жұмыс істейтін паромдар

Еуропалық паром операторы екі кемені метанол-дизель қоспасын пайдалануға өзгертіп, метанолдың тиімділігін көрсетті. 18 ай бойы паромдар жұтқыштан құбырға дейінгі шығарындыларды 35% төмендетті hFO-мен жұмыс істейтін үлгілермен салыстырғанда. Бұл жоба жақын теңіз кемілеріндегі метанолдың масштабталуын көрсетеді, онда қайталанбалы метанол құю желілері негізгі порттарға жақын жерде басымдық ретінде қарастырылуда.

IMO 2030/2050 Нормативтік актілері Төменгі көміртегілі метанолға деген сұранысты ынталандырады

Халықаралық теңіз ұйымы 2050 жылға таман кеме қозғалысының шығарындыларын 70% азайтуды мақсат етіп қойған, және бұл мақсат қазіргі уақытта әлем бойынша шамамен 17 миллиард долларды жасыл метанол өндірісіне бағыттап отыр. Кеме операторлары үшін метанолды қызықтыратын нәрсе — оны биоотын немесе e-отын сияқты басқа отындармен араластыру мүмкіндігі, бұл оларға дәстүрлі пайдалы қазбалардан ауысу барысында таңдау мүмкіндігін береді. Біз осы салада нақты қозғалысты да көріп отырмыз — метанолмен жұмыс істеуге арналған 120-нан астам кеме қазір құрылып жатыр. Бұл сандар метанолдың теңіз көлігі саласында көміртегі шығындарын азайту жоспарларында қаншалықты маңызды болып табылатынын көрсетеді.

Метанол өндірісі мен оның экологиялық әсері туралы ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Көмір негізіндегі және биомасса негізіндегі метанол өндірудің айырмашылығы неде?

Көмір негізіндегі және биомасса негізіндегі метанол өндіру негізінен көміртегі шығарындыларында өзгешеленеді. Көмір негізіндегі әдістер биомасса негізіндегі әдістерге қарағанда CO2 мен басқа да ластағыш заттарды көбірек шығарады, себебі биомасса жаңартылатын шикізатты пайдаланып, шығарындыны төмендетеді.

Метанол неліктен теңіз отынының дұрыс альтернативасы деп саналады?

Метанол күкірт мазмұнын дәстүрлі ауыр отын майларымен салыстырғанда шамамен 98% төмендететіндіктен, шығарындыларды азайту бойынша ХХК нормаларына сәйкес келеді. Сонымен қатар ол қозғалтқыш жүйелерімен үйлесімді, үлкен өзгерістерді талап етпейді.

Жасыл метанол өндіруде жаңартылатын электр энергиясының қандай рөлі бар?

Жел және күн сияқты жаңартылатын электр энергиясы жасыл сутегін алу үшін электролиз процесін қамтамасыз етеді, бұл eMethanol үшін негізгі компонент болып табылады және көміртегі шығарындылары төмен тұрақты отын алуға әкеледі.