Метанолын үйлдвэрлэлийн экологийн нөлөө ба тогтвортой хөгжил

Метанол үйлдвэрлэх аргуудын амьдралын мөчлөгийн үнэлгээ

Эх үүсвэр тус бүрийн экологийн мөрөн хэмжээг ойлгох

Одоо үед амьдралын мөчлөгийн үнэлгээний судалгаанууд нь метанол үйлдвэрлэхэд ямар эх материал ашигласнаас хамаарч орчин тойрны их бага хэмжээтэй нөлөө үзүүлэхийг харуулж байна. Нүүрсээр үйлдвэрлэсэн метанолыг биомассаар үйлдвэрлэсэнтэй харьцуулахад нүүрстөрөгчийн ялгаралт маш их зөрүүтэй байдаг. Нүүрсний хувьд тонн тутамд 2.7 дахин илүү СО2 ялгардаг. Мөн хүхрийн диоксидын хувьд, эрдэс түлшний аргаар үйлдвэрлэхэд килограмм метанолд 1.54 кг, сэргээгдэх эх үүсвэрээр үйлдвэрлэхэд зөвхөн 0.21 кг гардаг байна. Энэ талаар Чэний ахлах багшийн 2019 онд хийсэн судалгаанд дурдсан. Саяхны зарим судалгаанууд метанол үйлдвэрлэх зургаан янзын аргыг авч үзэж, сонирхолтой нэг зүйлийг олж тогтоов. Цэвэр цахилгаан энерги болон хаягдлын СО2-ийг электролизоор ашиглах арга нь уламжлалт байгалийн хийг реформинг хийх аргатай харьцуулахад глобал дулаарлын нөлөөг бараг 90 хувиар бууруулдаг.

Метанолын үйлдвэрлэлийн замын амьдралын мөчлөгийн үнэлгээ (LCA) аргачлал

ISO 14040/44-д нийцсэн LCAs нь эхний материал боловсруулах, метанол тараах хүртэлх нөлөөллийг систем зүйн үндсээр үнэлж үзэх бөгөөд дараах дөрвөн чухал үе шаттай:

• Нөөцийн шинжилгээ : Нүхэвлэгч болон хүнд металл орлуудад хамаарах 19 гаруй нөхцөл байдлын ялгаруулалтыг хянах
• Нөлөөллийн үнэлгээ : Ялгаруулалтыг IPCC 2021 оны онцлог коэффициент ашиглан CO2-тэгш эквивалент болгон хөрвүүлэх
• Мэдрэг чанарын шалгалт : Эрчим хүчний эх үүсвэр ба катализаторын үр ашгийн өөрчлөлтийг загварчлах
• Хуваарилалт : Устөрөгч эсвэл синтезийн хий шиг нэмэлт бүтээгдэхүүнүүдэд масс-энергийн зарчмыг хэрэглэх

Саяхан гарсан арга зүйн дэвшил нь термокимийн (жишээ нь: газжуулах) ба электрохимийн (жишээ нь: CO2 идэвхжүүлэх) замын хооронд шууд харьцуулалт хийх боломжийг олгоно.

Харьцуулалттай LCA: Нүүрсний суурьт метеорын эсрэг биомассын суурьт метанол, Хятад

Хятадын нүүрсөнд суурилсан метанолын үйлдвэрлэл (дэлхийн нийт чадалын 82%) нэг тонн метанолд 3.1 тонн CO2/тонн метанол биомассын аргаар 0.8 тонн болно. Гэсэн хэдий ч бүс нутгийн биомассын хязгаарлагдмал байдлын улмаас практикт цэвэр нөлөөллийн бууралт зөвхөн 34–61% хооронд байна. 2023 оны аймгийн судалгаанд илчилсэнээр хөдөө аж ахуйн хог хаягдаас гарган авсан метанол дараах үзүүлэлтэд хүрсэн:

Тооноор	Нүүрсний суурьт	Биомассын суурьт
Хүчилжилт	4.2 кг SO2	1.1 кг SO2
Энергийн хэрэгцээ	38 ГЖ	22 ГЖ
Усны хэрэглээ	9.7 м³	3.4 м³

Ногоон метанолын гэрчилгээний хувьд ISO-д нийцсэн байдалд дүн шинжилгээний дэлхийн чиг хандлага

2023 оны Тэгш хөгжлийн метанолын инициативын дагуу компаниуд метанолоо ноорхол гэж тэмдэглэхийг хүсвэл нүүрстөрөгчийн тооцоог ISO 14067 стандартын дагуу хийх ёстой. Шинэ төслүүдийн ойролцоогоор 89 хувь нь эхнээс нь төгсгөл хүртэлх үйлдвэрлэлийн бүх алхамыг хянах болсон. Европт үйлдвэрлэгчид одоогоор газар ашиглалт хэрхэн өөрчлөгдсөн, электролизаторуудыг үйлдвэрлэхэд хэдэн хэмжээний ховор олбордох металл орсон зэрэг 12 янзын орчин үзүүлэлтийг хянаж байна. Энэ мэдээлэл нь тээврийн хэрэгсэл, үйлдвэрийн үйл явцад цэвэр шатгалын түлш рүү шилжих үед нүүрстөрөгчийн ялгарал бодитоор буурч байгаа эсэхийг хэрэглэгчдэд үнэхээр харах боломжийг олгоно.

Хэвийн ба Тэгш хөгжлийн метанол: Ялгарлын хэмжээ ба нүүрстөрөгчийн интенсив чанар

Шатахуунд суурилсан метанолын үйлдвэрлэлээс гарах их хэмжээний ялгарал

Метанол үйлдвэрлэх хамгийн энгийн аргууд нь нүүрс болон байгалийн хийг шатаахад үндэслэсэн байдаг бөгөөд ингэснээр метанолын нэг тонныг үйлдвэрлэхэд ойролцоогоор 8-10 тонн CO2 гаргадаг. Энэ нь экологийн хувьд илүү зөв арга замаас гурван дахин муу юм. Хятад шиг орнуудад нүүрс ихэвчлэн ноёрхож байгаа бөгөөд дэлхийн метанолоос гарах нийт нийлэгдэхүүний бараг гурван хоёрыг тэдгээрийн үйлдвэрүүдээс гаргадаг. Энэ процесс нь цавархайжилтанд л муу нөлөөтэй биш, үйлдвэрлэлийн үеэр 1.2%-3.8% хооронд анхдагч материалуудаас зээлийн хий алдагдах 'метаны алдагдал' гэсэн зүйл бас байдаг. Мөн хүхрийн нэгдлүүдийг ч мөн гаргадаг тул үйлдвэрийн ойролцоо амьдардаг хүмүүсийн байршлын агаарын чанар илүү мууддаг.

Үйлдвэрлэлийн технологиудын хувьд нүүрстөрөгчийн хүч чанарын харьцуулалт

2023 оны амьдралын мөчлөгийн шинжилгээ нь ялгаатай ялгаатай нэгдлийн хувьд ил тод ялгааг харуулсан:

Үйлдвэрлэлийн арга	CO2-той эквивалент (кг/кг MeOH)	Эрчим хүчний эх үүсвэрийн хамаарал
Нүүрсийг хийшүүлэх	2.8–3.1	89% илүүдэл түлш
Байгалийн хийг шинэчлэх	1.2–1.7	76% шатахуун түлш
Биомассын газификатор	0.4–0.9	52% сэргэгдэх орцууд
CO2 гидрогенжих (CCU)	0.2–0.5*	95% сэргэгдэх цахилгаан

*Баталгаажсан ногоон устөрөгч болон баривчилсан CO2 ашиглах үед

Тохиолдол: Норвегийн e-Метанолын туршилтын төв дээр хий гаралт бууруулах

Норвегийн анхны ийм масштабын e-Метанол үйлдвэр нь далайн эолын энерги (1.2 ГВ чадал) болон цементийн үйлдвэрээс хураасан нүүрстөрөгчийн хийг интеграцлах замаар конвенциональ системүүдтэй харьцуулахад 94% -иар бага нүүрстөрөгчийн мөчлөгийн ялгаруулалттай байна. Энэ загвар нэг тонн метанолд ноогдох нүүрстөрөгчийн хийн хэмжээг 0.15 тонн CO2/тонн MeOH –Европын холбооны цэвэршүүлэлтийн төслүүдийн хувьд жишиг үзүүлэлт.

Хөх метанол: Шилжилтийн шийдэл эсвэл нүүрстөрөгчийн хуримтлалын эрсдэл үү?

Хөх метанол (50–70% Нүүрстөрөгчийн хийг буулгах технологитой шатахуун) нь богино хугацаанд нүүрстөрөгчийн ялгарлыг багасгах боломжийг олгоод ч, мэргэжлийн шинжилгээний хүмүүсийн дэгдэж буйгаар, нүүрстөрөгчийг буулгах ба хадгалах (CCS) технологид илүүдэх зүйл нь бодитой сэргээгдэх эх үүсвэр рүү шилжихийг хойшлуулж болзошгүй гэж сануулдаг. Одоогийн байгууламжид ажиллаж буй CCS-ийн үр ашгийн түвшин (68–72%) ч гэсэн хавийн их хэмжээний нүүрстөрөгчийн хий атмосферт ялгарахад нөлөөлж, урт хугацааны цаг агаарын өөрчлөлтийн зорилтод эрсдэл үүсгэж болно.

Метанолын нийлэгшүүлэлт дахь CO2 ашиглалт ба CCU шинэчлэл

Хаягдлын CO2-ийг метанолын эх үүсвэр болгон хувиргах

Метанолын салбарт байгаа байгууллагууд хаягдлын ялгаруулалтыг ашигтай нэмэлт бодис болгон хувиргах зорилгоор нүүрстөрөгчийг барих, ашиглах технологийн талаар бүх л ихээр анхаарч эхэлжээ. Эдгээр шинэ системүүд цахилгаан станц, гангуутай үйлдвэрүүдээс гарч буй CO2-ийн ойролцоогоор 30-50 хувийг шингээж авч, цэнгэг устөрөгчтэй хольж метанол түлш үүсгэх чадвартай. 2025 онд ScienceDirect дээр нийтлэгдсэн судалгаагаар харь гар, хүндийн хайлш ба бууруулсан графены оксидоор үйлдвэрлэсэн зарим шилдэг катализаторууд CO2-ийг ойролцоогоор 65% үр дүнтэй хувиргасан байна. Энэ нь үйлдвэрлэлийн явцад шаардагдах хурдасмал түлшний хэмжээг багасгана гэсэн үг юм. Хэрэв ийм төрлийн дугуй эдийн засгийн загварыг дэлхийн масштабаар нэвтрүүлбэл мэргэжилтнүүд 2040 он гэхэд жилдээ ойролцоогоор 1.2 тэрбум тонн CO2-ийн ялгаруулалтыг бууруулах боломжтой гэж үзэж байна.

Нүүрстөрөгчийг барих, ашиглах (CCU) технологийн катализаторын үр дүнтэй ажиллагаа

Электрокатализаторын салбарт гарч буй шинэлэг ололтууд нь CO₂-с метанол болгох хувиргалтын энерги зарцуулалтыг эрс бууруулж байна. Сүүлийн үеийн туршилтууд нь никелд суурилсан катализаторууд улбаршлын хольцоос 40% бууралттай ажиллах температур хангаж, мөн 80% метанолын сонгомжит чанарыг хадгалж чадаж байгааг харуулсан. Эрдэмтэд хийн давхарга дахь хийлсэн хийг дахин боловсруулах үед ихэвчлэн тохиолддог хүхрийн примесийн эсрэг тэсвэртэй зориулалтын батлагдсан катализаторуудын шаардлагыг онцлон дурдсан.

Тохиолдол судалгаа: Исланд дахь урьдчилан санаачлагч CO₂-с метанол болгох төхөөрөмж

2022 оноос хойш Исландад ажиллаж байгаа урьдчилан тавьсан энэхүү төхөөрөмж нь газрын халуун эрвээжийн энергийг барьж авсан CO₂-тэй хослуулан жилд 4,000 тонны сэргээгдэх метанол үйлдвэрлэж байна. Өндөр үр ашгийг баталгаажуулах шүлтлэг электролизаторыг нэгтгэснээр уусмал нь сэргээгдэх энергиийн 90%-ийг ашиглах боломжийг олгодог бөгөөд метанолын цэвэршүүлэлтийн үйлдвэрлэлийн загвар болсон.

Ногоон энерги ашиглан шууд агаас CO₂ барих технологийг метанол үйлдвэрлэлттэй нэгтгэх

Одоогийн үед шинэ төслүүд шууд агаараас нүүрстөрөгчийн хийг барих (DAC) технологийг нар, салхины энерги дээр ажилладаг метанол үйлдвэртэй хослуулж байна. Туршилтын өгөгдлөөр DAC-аас гарган авсан метанол цэгэн эх үүсвэрийн CCU-тай харьцуулахад 30% илүү энерги шаарддаг боловч сарних сэргэдэг энергийн илүүдлийг ашиглах үед нүүрстөрөгчийн хийг сөрөг түвшинд бууруулах боломжийг олгоно. Модуль хэлбэрээр загварчлах арга нь масштаблах асуудлыг шийдвэрлэж байгаа бөгөөд загвар үйлдвэрүүд шаталтгүй цахилгааны 100%-ийг ашиглан жилд 500 тонн метанол үйлдвэрлэх чадвартай болсон.

Ногоон метанол үйлдвэрлэлд сэргэдэг цахилгааны үүрэг

Ногоон устөрөгч ба e-Метанол: Цахилгаанаас-X хамтын ажиллагаа

Метанол үйлдвэрлэлд сэргээгдэх цахилгааныг ашиглаж эхлэх нь усны электролизоор ногоон устөрөгч үүсгэхэд эхлэлтэй. Сүүлийн үеийн зарим судалгаанууд далайн эолын станц дунджаар жилийн 72 хувийн ачаалалтай ажиллаж байгааг харуулсан бөгөөд энэ нь өнгөрсөн жил Nature сэтгүүлд дурдсаныг дагавал дэлхийн хэмжээнд нарны панелийн ажиллах чадварыг дунджаар 40 хувиар давснаар тооцогдоно. Цахилгаан үүсгэгчийн тасралтгүй ажиллагааны хувьд эолын станцууд нарны станцаас илүү сайн ажилладаг байна. Power-to-X технологитой хослуулбал энэ систем нь цахилгааны эх үүсвэрийн цаг хугацаа, байршил хоорондын хангамж болон хэрэглээний хооронд Европын Холбооны 2018/2001 зааварт тусгасан шаардлагыг хангаж, тодорхой тасралтгүй бус сэргээгдэх нөөцийг найдвартай метанолын эх үүсвэрт хувиргах боломжийг олгоно.

Нар болон салхины энерги ашиглан метанолын үйлдвэрийг цахилгаанжуулах

Одоогийн үед олон шинэ метанолын үйлдвэрүүд шууд солирдох эрчим хүчний эх үүсвэртэй холбогдож байна. Нар, салхины цахилгааны нийлмэл систем нь хуучин төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад цахилгааны торлоос хамаарах хэмжээг 60-65% хүртэл бууруулсан. Сүүлийн үед Европын Холбоо Delegated Regulation 2023/1184-ыг баталсан бөгөөд энэ нь ингэсэн шилжилтийг дэмжих зорилготой. Гурван жилийн дотор өөртэй ойролцоо салхины эсвэл нарны цахилгааны төхөөрөмж барьсан үйлдвэрийг бүрэн солирдох эрчим хүч ашигласан гэж ангилдаг. Энэ нь үйлдвэрлэлийн салбарт ихээхэн нөлөө үзүүлж байна. Цэргийн цэцэрлэгт байршуулсан далайн салхины электр станцууд метанол үйлдвэрлэхтэй хослуулбал ч гэсэн их боломжоор хангасан. Ийм системүүд портуудад хамтран ажиллах үедээ тонн метанолыг 800 ам.долларын доор үйлдвэрлэх боломжийг бүрдүүлдэг бөгөөд энэ нь уламжлалт арга замаас илүү их зардал хэмнэдэг тул маш сайн амжилт юм.

Тохиолдол судалгаа: Швед дахь Siemens Energy-ийн eMethanol төслөөс

Скандинавид байршсан жижиг e-метанолын үйлдвэр нь уламжлалт далд олборын арга замтай харьцуулахад нүүрстөрөгчийн ялгаралтыг бараг 92%-иар бууруулж, анхаарлыг татаж байна. Энэ боломжийг олгож буй зүйл юу вэ? Энэ төсөл 240МВ-ын салаанууд нь уян хатан электролизерийн нэгжтэй хамтран ажилладаг маш сайн тохируулгатай системийг ашиглан орон нутгийн салхины энерги рүү хандах боломжтой болсон. Салхин эрчим хүч бүх л өдөр тогтвортой урсахгүй ч гэсэн эдгээр системүүд сөнөхгүйгээр жилийн 94% хугацаанд ажиллаж чаддаг нь сөрөг даралтгүй энергийн төслүүдийн хувьд маш гайхамшигтай зүйл юм. Ирээдүйд мэргэжилтнүүд ижил арга зам нь дараа жилийн аравт байдлын турш бүрэн хэмжээгээр томруулбал жилд ойролцоогоор 1.2 сая тонн хүртэлх хэмжээтэй ажиллах боломжтой гэж үзэж байна. Хамгийн сайн зүйл гэвэл үүнийг хийхийн тулд засгийн газраас туслалцаа авах шаардлагагүй.

Хэмнэлттэй сөрөг даралтгүй энергийн өртөгийг бууруулах нь цагаан метанолыг томруулах боломжийг бий болгодог

Салхины болон нарны энерги ашиглан ногоон метанол үйлдвэрлэхийн өртөг 2020 оноос хойш 34%-иар буурч, нарны панелийн суурилуулалтын өртөг тохиромжтой бүсэд 0.15 доллар/Вт түвшинд хүрсэн. Энэхүү өртгийн чиг хандлага нь IRENA-ийн 2035 онд салхины болон нарны эрчим хүчний цахилгаан үйлдвэрлэлийн нэгж өртөг 45–58% буурахыг таамагласантай нийцэж, илүү сайн энергийн зах зээлд 2028 онд хүрэх үед хар метанолтой өртгийн тэнцвэрийг хангаж чадах боломжтой.

Метанолыг цэвэр шатахуун болгон далайн тээвэрлэлт, үйлдвэрлэлд ашиглах

Далайны хий суулгахад метанол: Хүнд түлшний оронд ашиглагдах боломжит шийдэл

Эдгээр хатуу IMO-ийн дүрэм журмыг 2030 он болон түүнээс хойш дагаж мөрдөх шаардлагатай байгаа тул одоогийн байдлаар илүү их тооны хөлөгт онгоцнууд метанол руу шилжих болсон. Дүрэм журмууд нь 2008 оны үеийн хэвийн түвшинд харьцуулахад нийт нүүрстөрөгчийн ялгаралтыг 40%-иар бууруулахыг шаарддаг. Метанол нь одоо ашиглагдаж буй ихэнх хөдөлгүүрийн системтэй сайн ажилладаг бөгөөд хүхрийн агууламжийг ч бас ихэд бууруулдаг - одоо онгоцонд ашигладаг хүнд түлшний түвшинтэй харьцуулахад ойролцоогоор 98%-иар бага байдаг. Энэ нь флотынхаа бүтцийг бүрэн шинэчлэхгүйгээр илүү цэвэр үйл ажиллагааг хүссэн эзэн тээврийн хэрэгслүүдэд метанол сайн шийдэл болгон үзүүлдэг. Тээврийн салбарын зарим томоохон компаниуд метанолоор ажиллахад бэлэн хөдөлгүүртэй шинэ онгоцнууд барих ажлыг эхэлсэн. Энэ арга нь өртөг их шаарддаг дахин засвар хийх ажлын зардлыг хэмнэх, экологийн стандартыг шууд хангахад тэдгээрийг урьдчилан бэлтгэх боломжийг олгодог.

Метанол шатах үед жижиг ширхэглэг ба NOx-ийн ялгаралт багасна

2023 оны шалгалтууд нь метанол шатаах нь энгийн далайн түлштэй харьцуулахад жижиг ширхэг бодисыг ойролцоогоор 80%-иар бууруулж, NOx ялгаруулалтыг хагасаар бууруулдаг болохыг харуулсан. Энэ нь булианд агаарын чанарын асуудлыг шийдвэрлэхэд ихэд тусалдаг бөгөөд ААН-ын азотын исэлдэгчийн хувьд тавьсан Түвшин III стандартад нийцдэг. Аммиак эсвэл устөрөгч шиг сонголтуудтай харьцуулахад метанол нь хадгалалтын сав, түлшний дүүргэх инфраструктурын хувьд хийн тээврийн хэрэгслийн үндсэн өөрчлөлт шаардлагагүй тул давуу талтай. Зардал их гаргахгүйгээр нүүрстөрөгчийн хийн ялгаралтыг бууруулахыг хүсч буй тээврийн компаниудад метанол нь флотыг цэвэршүүлэх зөв сонголт болдог.

Тухайн жишээ: Европт метанолоор явдаг онгоц

Европын онгоцны үйлчилгээ үзүүлэгч хоёр онгоцыг метанол-дизелийн хольцууд дээр ажиллуулахаар шилжүүлсэн бөгөөд 18 сарын туршид онгоцнууд нүүрс олбордох хэмжээг эх үүсвэрээсээ эхлэн хүртэлх бүх процессоор 35%-иар бууруулсан hFO-ийг шатаахтай харьцуулахад. Энэ төсөл нь томоохон буудлуудын ойролцоо сэргээгдэх метанолын нийлүүлэлтийн хэлхээг эрхэмлэж буй богино зайн агаарын тээврийн хэрэгслүүдэд метанолын масштаблах чадварыг онцолж байна.

IMO 2030/2050 Журам Нийлүүлэлтээ Бууруулах Метанолын Эрэлтийг Хурдасгаж Байна

Олон Улсын Тэнгисийн Байгууллага нь 2050 онд тээврийн хэрэгслийн нийлүүлэлтийг 70%-иар бууруулахыг хүсч байгаа бөгөөд энэ зорилго нь одоогоор дэлхийн хэмжээнд нийт 17 тэрбум ам.долларыг ногоон метанол үйлдвэрлэл рүү татан оруулж байна. Тээврийн хэрэгслийн үйлчилгээ үзүүлэгчидэд метанолыг био түлш эсвэл цахилгаан түлш шиг бусад түлштэй холих боломжтойгоор сонголтуудыг санал болгодог тул энэ нь тэдэнд сонирхол татам болдог бөгөөд улмаар улам бүр их хэмжээний уламжлалт хурдны түлшнээс хөндийрч байна. Бид энэ чиглэлд бодитой хөдөлгөөн гарч байгааг мөн харж байна - метанол дээр ажиллах зориулалттай 120-оос дээш тээврийн хэрэгсэл одоо барьж байна. Эдгээр тоо хэмжээнүүд далайн тээврийн салбарт нүүрстөрөгчийн гарцыг бууруулах төлөвлөгөөнд метанол хэрхэн чухал болсон байгааг харуулж байна.

Метанол Үйлдвэрлэл ба Орчин Тойрны Орчинд Үзүүлэх Нөлөөллийн Талаарх Асуулт, Хариулт

Нүүрсний суурьтай болон биомассын суурьтай метанол үйлдвэрлэлийн ялгаа юу вэ?

Нүүрсний суурьтай болон биомассын суурьтай метанол үйлдвэрлэл нь голчлон нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтаараа ялгагддаг. Нүүрсний аргаар их хэмжээний CO2 ба бусад бохирдуулагч бодис ялгаруулдаг бол биомассын арга нь сэргээгдэх эх үүсвэрийг ашигладаг тул цацраг гарцыг багасгадаг.

Яагаад метанолыг далайн түлшний орлох хувилбар гэж үздэг вэ?

Метанол нь уламжит хүнд түлшний тосны харьцацаар серегийн агуулгийг ойролцоогоор 98%-иар бууруулдаг тул эмиссийг багасгахад чиглэсэн IMO-ийн дүрмийн шаардлагад нийцдэг. Мөн одоо байгаа хөдөлгүүрийн системтэй нийцдэг тул томоохон шинэчлэлт шаарддаггүй.

Сэргээгдэх цахилгаан энерги ногоон метанол үйлдвэрлэлд ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?

Салхи, нарны эх үүсвэрээс гарах сэргээгдэх цахилгаан энерги нь электролизын процессыг ажиллуулахад чухал үүрэгтэй бөгөөд энэ нь eMethanol үйлдвэрлэхэд шаардлагатай ногоон устөрөгчийг үүсгэдэг. Энэ нь бага нүүрстөрөгчийн эмисстэй тэсвэртэй түлш болгон хувирдаг.