متانول الکتریکی، سازگار با محیط زیست

به گزارش انرژی پرس، اسدالله غلامپور، عضو هیات مدیره پتروشیمی مارون در یادداشتی نوشت: متانول که با نام متیل الکل نیز شناخته می شود، ساده ترین الکل با فرمول CH3OH است. متانول را می توان از منابع مختلفی از جمله گاز طبیعی، زغال سنگ، زیست توده و برق تجدید پذیر تولید کرد.

بیومتانول که با نام بیومتیل الکل نیز شناخته می‌شود، از زیست توده تولید می‌شود، در حالی که متانول الکترونیکی یا الکل متیل الکل با استفاده از برق تجدیدپذیر تولید می‌شود. متانول مایعی سبک، بی رنگ، فرار و قابل اشتعال با بوی الکلی مشخص است.

دمای این مایع مطابق دمای اتاق است، برخلاف LNG، هیدروژن خالص یا آمونیاک، که کار را بسیار آسان‌تر می‌کند. این محلول در آب است، به این معنی که هرگونه نشت به سرعت رقیق شده و در فرآیندهای طبیعی تجزیه می شود. متانول سمی است اما کنترل آن به ویژه در کاربردهای صنعتی آسان است، همچنین استفاده از آن منجر به انتشار آلاینده های بسیار کم می شود: بدون اکسیدهای گوگرد(SOx)، بدون دوده (PM) و گازهای اکسید- نیتروژن(NOx) بسیار کم. در بخش حمل و نقل، حسب اعلام اتحادیه اروپا، دریانوردی و هوانوردی بالاترین انتشار گازهای گلخانه ای را به خود اختصاص می دهند، لیکن انتشار گازهای گلخانه ای  در حمل و نقل ریلی به دلیل درجه بالای برقی بودن آن به ۱.۶% رسیده است. چرا این سه بخش حمل و نقل را ذکر می کنیم؟ این به این دلیل است که کاهش ردپای کربن فسیلی در این بخش ها به هیچ وجه آسان نیست. ما می‌خواهیم در این تحلیل مختصر بر سوخت‌های الکترونیکی، به‌ویژه متانول الکترونیکی تمرکز کنیم، زیرا ممکن است به فسیل‌زدایی این شیوه‌های حمل‌ونقل کمک کنند.

سوخت های الکتریکی که اغلب به عنوان سوخت های مصنوعی شناخته می شوند، سوخت های گازی و مایع مانند متانول الکترونیکی، بنزین الکترونیکی، دیزل الکترونیکی، متان الکترونیکی، نفت سفید الکترونیکی و غیره هستند که منحصراً از برق تجدید پذیر تولید می شوند. سوخت های الکترونیکی از هیدروژن تولید شده از طریق الکترولیز آب و ترکیب با دی اکسید کربن یا نیتروژن ساخته می شوند؛ آنها به تدریج جایگزینی سوخت های زیستی می شوند. سوخت های الکترونیکی و سوخت های زیستی برای کاهش انتشار CO2 فسیلی در بخش های حمل و نقل که فسیل زدایی آنها دشوار است، بسیار مهم هستند. مزیت اصلی این سوخت ها امکان استفاده از زیرساخت های موجود (توزیع، جایگاه های سوخت) است. واضح است که منابع سوخت زیستی جهانی در آینده ی نزدیک بتدریج گسترش می یابد.

گسترش تولید سوخت زیستی در اتحادیه اروپا، قیمت غلات غذایی، دانه های روغنی و روغن های گیاهی را افزایش داده است. تقریباً تمام بیودیزل از روغن نباتی تصفیه شده و بیواتانول از ذرت تهیه می شود. اگر سوخت های زیستی از مواد اولیه ای تولید شوند که برای غذا استفاده می شود، سوخت های زیستی مستقیماً منابع غذایی بالقوه را کاهش می دهند. تولید سوخت های زیستی مبتنی بر مواد غذایی، زمین های اختصاص داده شده به تولید مواد غذایی را کاهش می دهد. به همین دلیل است که سوخت های الکترونیکی تنها گزینه برای تامین حجم زیادی از سوخت های مایع بدون کربن در آینده در نظر گرفته می شوند. مزیت اساسی متانول الکترونیکی سازگاری بالای آن با زیرساخت های موجود مانند مخازن، خطوط لوله و ایستگاه های سوخت رسانی و همچنین فناوری های پیشرانه موجود است.

چگالی انرژی حجمی ویژه ۴۹۰۰  کیلووات ساعت بر متر مکعب متانول الکترونیکی در مقابل سایر سوخت های جایگزین متانول نسبت به سایر حامل های انرژی تجدید پذیر پیشنهادی مانند هیدروژن، CNG/LNG، آمونیاک مزایای متعددی دارد. هیدروژن به عنوان یک محیط ذخیره انرژی پیشنهاد شده است و در صورت احتراق، تنها آب تولید می کند. اما در عمل ذخیره سازی هیدروژن به دلیل چگالی حجمی کم بسیار دشوار و انرژی بر است. باید آن را به فشارهای بالا (۷۰-۳۵ مگاپاسکال) فشرده کرد یا در دمای بسیار پایین (۲۵۳- درجه سانتیگراد) به مایع تبدیل کرد. همچنین فوق العاده قابل اشتعال و انفجار است و به راحتی می تواند از میان انواع فلزات و مواد عبور کند. زیرساخت های مورد نیاز برای حمل، ذخیره و توزیع ایمن هیدروژن به دلایل ذکر شده در بالا بسیار گران است. LNG نیز برای ذخیره سازی خود به دمای برودتی (۱۶۲- درجه سانتیگراد) نیاز دارد.

آمونیاک مایع یا باید تا ۳۴- درجه سانتیگراد خنک شود یا تحت فشار متوسط نگه داشته شود. متانول، برعکس، نیازی به تبرید یا تحت فشار ندارد زیرا در شرایط محیطی مایع است. روش های مختلفی برای تولید متانول الکترونیکی از طریق فرآیندهای الکتروشیمیایی وجود دارد. ساده‌ترین و بالغ‌ترین روش ساخت هیدروژن از طریق الکترولیز آب با استفاده از برق تجدیدپذیر و به دنبال آن واکنش کاتالیزوری با CO2 برای تشکیل متانول الکترونیکی است. متانول الکترونیکی از طریق هیدروژناسیون کاتالیزوری CO2 جذب شده، تولید می شود.

در حضور کاتالیزورها، CO2 با H2 واکنش می دهد و متانول را در فشار ۵-۱۰ مگاپاسکال و دمای ۲۱۰-۲۷۰ درجه سانتی گراد تشکیل می شود. متانول تولید شده از آب و گازهای باقیمانده جدا شده و از طریق تقطیر خالص می شود.

برای تولید ۱۰۰۰ کیلوگرم متانول الکترونیکی، حدود ۱۴۰۰ کیلوگرم CO2، ~ ۲۰۰ کیلوگرم هیدروژن و ~ ۱۷۰۰ کیلوگرم آب مورد نیاز است. حدود ۱۰ تا ۱۱ مگاوات ساعت برق تجدیدپذیر برای تولید ۱۰۰۰ کیلوگرم متانول الکترونیکی مورد نیاز است که بخش عمده آن برای الکترولیز آب استفاده می شود. متانول الکترونیکی و متانول زیستی باید به‌عنوان سوخت‌هایی با انتشار خنثی در نظر گرفته شوند تا سوخت‌های کم کربن یا کم انتشار. از هر منبع CO2 می توان برای تولید متانول الکترونیکی استفاده کرد. چه از یک نیروگاه زغال سنگ ساطع شود یا از احتراق زیست توده، مولکول یکسان باقی می ماند. تا زمانی که انرژی مورد نیاز برای پردازش تجدیدپذیر باشد، متانول الکترونیکی سبز و پایدار در نظر گرفته می شود. CO2 مشتق شده از زیست توده و جذب مستقیم هوا به وضوح برای تولید متانول الکترونیکی ترجیح داده می شود زیرا آنها مستقیماً به چرخه CO2 بسته می شوند. اگرچه متانول معمولی و متانول الکترونیکی از نظر شیمیایی یکسان هستند، ردپای CO2 آنها بسیار متفاوت است. متانول الکترونیکی یک سوخت کربن خنثی است، در حالی که متانول معمولی، معمولاً با استفاده از سوخت های فسیلی مانند گاز طبیعی یا زغال سنگ تولید می شود. CO2 منتشر شده توسط حمل و نقل و صنعت در حال حاضر در تولید سوخت الکترونیکی وجود ندارد. این دو بخش از یکدیگر جدا شده اند. در آینده نزدیک، CO2 جذب شده از فرآیندهای تولید/تولید نیرو در صنعت، و همچنین CO2 جذب شده از هوا (از طریق جذب مستقیم هوا)، برای تولید متانول الکترونیکی استفاده خواهد شد. در آینده دور برنامه ریزی شده است که تنها CO2 بدست آمده از طریق جذب مستقیم هوا برای تولید متانول الکترونیکی استفاده شود.