متانول (متیل الکل، الکل متیلیک، متیل هیدرات، متیل هیدروکسید و الکل چوب) به عنوان ساده‌ترین نوع الکل، مایعی بی‌رنگ، فرار، سمی و قابلیت اشتعال بالایی دارد. متانول یکی از پرکاربرد‌ترین مواد پایه در صنعت پتروشیمی که به عنوان ماده اولیه تولید طیف وسیعی از محصولات مختلف مانند پوشش‌ها، قطعات خودروها، ساختمان‌سازی، داروسازی، تجهیزات الکترونیکی، کشاورزی و غیره استفاده می‌شود. ظرفیت اسمی تولید جهانی متانول در سال 2024 حدود 144 میلیون تن بوده که به طور میانگین با ضریب عملکرد حدود 66% عملا حدود 96 میلیون تن متانول تولید شده از این مقدار 36 میلیون تن متانول نیز تجارت شده است که نشان دهنده تجارت‌پذیری بالای متانول با ضریب تجارت‌پذیری حدود 37% است. پیش‌بینی می‌شود ظرفیت اسمی تولید متانول تا سال 2030 به 165 میلیون تن در سال به ارزش 41.1 میلیارد دلار افزایش پیدا کند که نوید بخش توسعه اقتصاد متانولی است.
طی سال‌های گذشته با توجه به افزایش نگرانی‌ها درباره تغییرات اقلیمی و لزوم کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، متانول به عنوان یک خوراک پتروشیمی، سوخت جایگزین، حامل انرژی و ماده اولیه برای تولید سوخت‌های پاک مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته است. متانول با قابلیت تولید مبتنی بر منابع تجدید‌ذیر به عنوان یک سوخت پاک می‌تواند به کاهش آلایندگی، بهبود کارایی سوختی و توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر کمک کند. ازینرو متانول نقش کلیدی در گذار انرژی و توسعه زنجیره ارزش کربن‌دی‌اکسید (CO₂) ایفا می‌کند. به دلیل قابلیت تولید از منابع متنوع و استفاده در کاربردهای انرژی و شیمیایی، متانول می‌تواند به کاهش انتشار کربن و افزایش بهره‌وری منابع کمک کند.
برای مطالعه مقاله “رنگین‌کمان هیدروژن؛ رنگ‌های مختلف هیدروژن از چه منابعی تولید می‌شوند؟” اینجا کلیک کنید.
به بیان ساده؛ متانول تشکیل شده از کربن و هیدروژن است. درصورتی که منبع تامین هیدروژن و کربن مبتنی بر منابع تجدیدپذیر باشد متانول تولید شده متانول پاک (متانول سبز و آبی) و در صورتی که مبتنی بر منابع فسیلی باشد، متانول تولید شده متانول غیر پاک (متانول خاکستری و قهوه‌ایی) خواهد بود. در شکل زیر فرایندهای مختلف تولید متانول مبتنی منابع مختلف تامین هیدروژن و کربن نشان داده شده است.
از اینرو طی سال‌های گذشته علاوه بر تمرکز بر تولید هیدروژن مبتنی بر منابع تجدیدپذیر (هیدروژن سبز)، فرایندهای جذب و تبدیل کربن دی‌اکسید (CO₂) به متانول به عنوان یکی از راهکارهای نوآورانه و مؤثر برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز مورد توجه قرار گرفته و پروژه‌های مختلفی در این زمینه تعریف شده است.
“تکیه بر اقتصاد هیدروژنی همراه با مدیریت جذب و تبدیل کربن‌دی‌اکسید با هدف تولید متانول می‌تواند به ایجاد «اقتصاد متانولی» منجر شود. اقتصاد متانولی به زنجیره تأمین، تولید و مصرف متانول در بازارهای جهانی اشاره دارد. این ماده به‌عنوان خوراک پتروشیمی، سوخت جایگزین، حامل انرژی و ماده اولیه برای تولید سوخت‌های پاک نقش مهمی در گذار انرژی و توسعه پایدار ایفا می‌کند.”
توسعه زنجیره ارزش متانول نقش مهمی در افزایش ارزش افزوده، کاهش وابستگی به نفت و گاز، بهبود امنیت انرژی و کاهش انتشار کربن ایفا می‌کند. متانول به‌عنوان یک سوخت جایگزین پاک در حمل‌ونقل و نیروگاه‌ها و همچنین به‌عنوان خوراکی کلیدی در تولید الفین‌ها (واحدهای تبدیل متانول به الفین (MTP/MTO) و محصولات پتروشیمی، فرصت‌های اقتصادی و صنعتی متعددی ایجاد می‌کند. با استفاده از کربن‌دی‌اکسید و انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید متانول، می‌توان به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و حرکت به سمت اقتصاد چرخشی کربن کمک کرد. توسعه فناوری‌های مرتبط با متانول و متنوع‌سازی منابع تولید آن، موجب افزایش تاب‌آوری در برابر نوسانات قیمت انرژی و رشد تجارت بین‌المللی می‌شود. در نتیجه، سرمایه‌گذاری در این حوزه می‌تواند گذار به یک سیستم انرژی پایدار و کم‌کربن را تسریع کند.
برای مطالعه مقاله “شاخص اقتصاد چرخشی کربن: ابزاری برای ارزیابی در مسیر انتشار صفر خالص” اینجا کلیک کنید.
تقاضای متانول در سال ۲۰۲۲، ۹۲ میلیون تن در سال بوده است که پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۰ به ۱۱۰ میلیون تن خواهد رسید. ۲۳.۸ میلیون تن متانول معادل ۲۶٪ کل تقاضا در سال ۲۰۲۲ برای تولید فرمالدهید مصرف شده است، انتظار می‌رود این عدد تا سال ۲۰۳۰ به ۳۰ میلیون تن برسد و سهم خود در سبد تقاضای متانول را حفظ کند. مصرف متانول برای تولید الفین‌های سبک نیز در حال حاضر ۱۶.۶ میلیون تن بوده که تا سال ۲۰۳۰ به ۱۷.۷ میلیون تن افزایش خواهد یافت و سهم ۱۸٪ آن از مصرف متانول بدون تغییر خواهد بود. سومین تقاضای مصرف متانول در سال ۲۰۲۲ مربوط به تولید MTBE بوده است، اما تا سال ۲۰۳۰ تولید استیک اسید از MTBE بیشتر خواهد شد.
فرآیند تبدیل کربن‌دی‌اکسید (همراه با هیدروژن) به متانول به عنوان یک روش کاهش کربن‌دی‌اکسید در راستای توسعه زنجیره ارزش شناخته می‌شود. از منظر استوکیومتری فرایند تولید متانول مبتنی بر دو واکنش؛ هیدروژن (H2) + کربن‌دی‌اکسید (CO₂) و همچنین واکنش هیدروژن (H2) + کربن‌مو‌نواکسید (CO₂) و یا هر دو واکنش به طور همزمان است. از اینرو مبتنی بر فناوری مورد استفاده در فرایند تولید متانول واکنش‌های شیمیایی و منابع مورد استفاده متفاوت خواهد بود. جهت تبدیل CO₂ به مونوکسید کربن (CO) نیز کربن دی‌اکسید با گاز هیدروژن (H₂) واکنش داده شده و مونوکسید کربن (CO) و آب (H₂O) تولید می‌کند. این واکنش به عنوان واکنش معکوس جابجایی آب-گاز شناخته می‌شود. در نهایت مونوکسید کربن تولید شده در مرحله قبل با هیدروژن در حضور یک کاتالیزور واکنش داده شده و متانول (CH₃OH) تولید می‌کند.
برای مطالعه مقاله “مروری بر فرایند تولید متانول در صنعت پتروشیمی” اینجا کلیک کنید.
یکی از مهم‌ترین عوامل موثر در توسعه زنجیره ارزش محصولات مختلف و همچنین یکی از مهم‌ترین چالش‌های حال حاضر در صنایع شیمیایی و پتروشیمی، تامین پایدار خوراک است. از این رو تحلیل و بررسی تامین خوراک با هدف تولید و توسعه پایدار از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در حال حاضر نیز یکی از چالش‌های اصلی توسعه زنجیره ارزش متانول کم کربن، دسترسی و تامین عامل کربن (کربن‌دی‌اکسید) در فرایند سنتز متانول است. از اینرو در ادامه منابع کربن‌دی‌اکسید (زنجیره تامین کربن) در دسترس با هدف تولید متانول مورد بررسی قرار گرفته است.
۱. استفاده از کربن‌دی‌اکسید حاصل از سوخت‌های فسیلی
کربن‌دی‌اکسید عمدتا از سوختن سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌ها یا کوره‌های صنعتی در صنایع مختلف تولید می‌شود و طی فرایند جذب کربن امکان استفاده مجدد از آن وجود دارد. اگر چه کربن تولید شده مبتنی بر منابع فسیلی می‌باشد اما با توجه به اینکه کربن‌دی‌اکسید منتشر شده از طریق منابع مذکور در صورتی که جذب و به سایر محصولات تبدیل نشود در جو انتشار می‌یابد، استفاده از آن برای تولید متانول همراه با هیدروژن سبز منجر به تولید متانول کم‌کربن می‌شود. در حال حاضر بزرگترین منبع در دسترس کربن‌دی‌اکسید جهت استفاده مجدد از آن و توسعه زنجیره ارزش کربن‌دی‌اکسید از جمله تولید متانول، کربن‌دی‌اکسید منتشر شده از طریق دودکش واحدهای صنعتی است.
2. استفاده از کربن‌دی‌اکسید خالص تولید شده در واحدهای پتروشیمیایی و پلایشگاهی
در حال حاضر یکی از محصولات جانبی تولید شده در برخی از واحدهای فرایندی صنعت پالایش و پتروشیمی، جریان کربن‌دی‌اکسید خالص است که عمدتا در اتمسفر رهاسازی می‌شود. واحدهای تولید کننده اتیلن اکساید (CO₂ به عنوان محصول جانبی تولید طی فرایند اکسیداسیون اتیلن تولید می‌شود) در صنعت پتروشیمی و واحدهای تولید هیدروژن و هیدروکراکینگ (جداسازی CO₂ از جریان گاز سنتر تولید شده در واحد تولید هیدروژن جهت استفاده از هیدروژن خالص در واحد هیدروکراکینگ) در پالایشگاه‌های نفت جز واحدهای فرایندی با جریان CO₂ خالص به عنوان محصول جانبی هستند که پتانسیل استفاده از این جریان جهت توسعه زنجیره ارزش کربن‌دی‌اکسید (کربن‌دی‌اکسید مایع و جامد) از جمله تولید متانول وجود دارد.
برای مطالعه مقاله “روند تقاضای بالقوه هیدروژن خالص و هیدروژن ناخالص (گاز سنتز) طی سال‌های آینده” اینجا کلیک کنید.
3. استفاده از کربن‌دی‌اکسید حاصل از منابع بیوژنیک (BECCS)
کربن‌دی‌اکسید حاصل از منابع بیوژنیک مانند کارخانه‌های تقطیر، واحدهای تخمیر، کوره‌های سوزاندن زباله‌های جامد شهری (MSW) و نیروگاه‌هایی که زیست‌توده یا بیوگاز را برای تولید برق می‌سوزانند، معمولاً به عنوان گاز اضافی تلقی شده و در اتمسفر رهاسازی می‌شود (معمولاً در غلظت‌های بالای کربن‌دی‌اکسید اما تحت فشار اتمسفری). این منابع بیوژنیک به عنوان منابع تجدیدپذیر، پایدار و خالص خنثی برای کربن‌دی‌اکسید در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، زمانی که کربن‌دی‌اکسید حاصل از این منابع بیوژنیک برای ذخیره‌سازی یا استفاده مجدد جذب می‌شود، این فرآیند معمولاً به عنوان “بیوانرژی با جذب و ذخیره‌سازی کربن” (BECCS) [1] شناخته می‌شود.
این نکته نیز شایان ذکر است امکان تولید متانول (بیومتانول) از زیست توده به طور مستقیم وجود دارد. بیومتانول از زیست‌توده تولید می‌شود و مواد اولیه زیست‌توده می‌توانند شامل زباله‌های جنگلداری و کشاورزی، بیوگاز از محل‌های دفن زباله، فاضلاب، زباله‌های جامد شهری و لیکور سیاه از صنعت خمیر و کاغذ باشند.
4. جذب مستقیم کربن از هوا (DAC)
فرایند جذب مستقیم کربن از هوا (Direct Air Capture – DAC) یک فناوری پیشرفته برای کاهش کربن‌دی‌اکسید (CO₂) موجود در جو محسوب می‌شود. این فناوری با استفاده از تجهیزات خاص، CO₂ را مستقیماً از هوای محیط جدا کرده و برای ذخیره‌سازی یا استفاده در صنایع مختلف بازیافت می‌کند. دو روش اصلی برای جذب دی‌اکسید کربن از هوا وجود دارد؛ جذب شیمیایی (Chemical Absorption) و جذب فیزیکی (Physical Adsorption). در جذب فیزیکی، از مواد جاذب جامد مانند زئولیت‌ها یا چارچوب‌های فلزی-آلی (MOF)ها استفاده می‌شود که دی‌اکسید کربن را روی سطح خود جذب می‌کنند. در جذب شیمیایی، هوا از میان محلول‌های شیمیایی مانند محلول‌های آمینی یا هیدروکسیدهای قلیایی عبور می‌کند و CO₂ به‌صورت شیمیایی جذب می‌شود.
جمع‌بندی
متانول به‌عنوان یک حامل انرژی و ماده اولیه شیمیایی، نقش کلیدی در گذار به یک اقتصاد کم‌کربن و توسعه زنجیره ارزش CO₂ ایفا می‌کند. تولید متانول از دی‌اکسید کربن و هیدروژن سبز، نه‌تنها به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند، بلکه زمینه را برای استفاده پایدار از منابع کربنی و ایجاد ارزش افزوده در صنایع مختلف فراهم می‌سازد.
در حوزه انرژی، متانول می‌تواند به‌عنوان یک سوخت جایگزین پاک در حمل‌ونقل زمینی و دریایی، نیروگاه‌ها و ذخیره‌سازی انرژی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، در بخش صنایع شیمیایی، فرایندهای تبدیل متانول به الفین‌ها (MTO/MTP)، بنزین مصنوعی و محصولات پتروشیمیایی فرصت‌های جدیدی برای کاهش وابستگی به نفت خام و توسعه محصولات پایدار ایجاد می‌کند.
با توسعه فناوری‌های تولید متانول از CO₂ و بهینه‌سازی فرآیندهای استفاده از آن، می‌توان به سمت اقتصاد چرخشی کربن حرکت کرد و مسیر گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر را هموار ساخت. بنابراین، سرمایه‌گذاری در این حوزه و توسعه زیرساخت‌های مرتبط با متانول سبز، گامی مؤثر در جهت کاهش تغییرات اقلیمی و ایجاد یک سیستم انرژی پایدار و انعطاف‌پذیر خواهد بود.
برای مطالعه مقاله “تهدیدات و فرصت‌های پیش روی واحدهای متانول و آمونیاک در ایران” اینجا کلیک کنید.
مراجع
[1] Bioenergy with carbon capture and storage
