کربن دی اکسید ماده اولیه تولید متانول تجدیدپذیر

متانول یک الکل با ساختاری ساده است که به صورت خالص یا در ترکیب با مواد شیمیایی دیگر به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر مصارف سوختی، به عنوان ماده شیمیایی اولیه در صنایع پلاستیکی به خصوص بخش تبدیل متانول به الفین ها نیز به کار می رود.در اروپا، بیشترین مصرف متانول مربوط به تولید سایر ترکیبات شیمیایی مانند فرمالدهید، MTBE و کلرومتان است. انتظار می رود با فاصله گرفتن جهان از مصرف سوخت های فسیلی، تقاضای متانول به عنوان سوخت در آینده بیشتر نیز شود.

از طرفی دیگر، سال های زیادی است که آلودگی ناشی از انتشار گاز کربن دی اکسید تبدیل به یک چالش جهانی شده و دانشمندان را بر آن داشته تا با ابداع روش هایی برای تبدیل کربن دی اکسید به ترکیبات شیمیایی مفید، حجم آلودگی را کاهش دهند. تبدیل کربن دی اکسید به سوخت به جای مواد شیمیایی می تواند انتخاب بهتری برای کاهش آلودگی ناشی از این ترکیب باشد.یکی از مهم ترین موادی که می توان کربن دی اکسید را به عنوان خوراک اولیه در تولید آن به کار برد، متانول است.

در واقع توأمان شدن لزوم تولید متانول به عنوان سوخت و کاهش حجم بالای آلودگی ناشی از کربن دی اکسید، دانشمندان را بر آن داشته تا تمرکز بیشتری بر روش های بهینه تولید متانول از کربن دی اکسید داشته باشند.در حال حاضر شرکت های بزرگی مانند CRI، BioMCN و Enerkem موفق به تولید متانول تجدیدپذیر در مقیاس تجاری شده اند.

بیشترین میزان انتشار کربن دی اکسید (42 درصد) ناشی از احتراق سوخت های فسیلی می باشد. شرکت های زیادی از جمله Schwarze Pumpe آلمان وCIUDEN اسپانیا بخشی از تحقیقات خود را به روش های بازیابی و ذخیره سازی کربن دی اکسید اختصاص داده اند. احداث واحد سنتز متانول به عنوان مرحله پایین دست در این تحقیقات، علاوه بر کاهش خطر ذخیره سازی حجم بالای کربن دی اکسید در زیر زمین، می تواند تولید متانول تجدیدپذیر را نیز تسهیل کند.

به خصوص که مطالعات نشان داده که ذخیره کربن دی اکسید در زیر سطح زمین می تواند منجر به آلودگی آب های زیرزمینی و تولید ترکیبات معدنی غیرآلی نیز شود.هیدروژن موردنیاز این فرآیند را نیز می توان از فناوری polymer electrolyte membrane (PEM) تهیه کرد که روش مناسبی برای تأمین متناوب انرژی تجدیدپذیر است.هزینه های فرآیند تولید متانول تجدیدپذیر ارتباط مستقیمی با هزینه تولید هیدروژن تجدیدپذیر و اطمینان از بازده بالای فرآیند کاتالیستی هیدروژنه کردن کربن دی اکسید دارد.

یکی از اصلی ترین منابع صنعتی تولیدکننده کربن دی اکسید (حدود 18 درصد)، صنعت فولاد است. کارخانه فولاد SSAB سوئد، سالانه چندین میلیون تن متانول با قیمتی قابل رقابت با متانول تولید شده در روش های معمول تولید آن، تولید می کند.بیش از نیم قرن از دستیابی به فناوری استخراج مستقیم کربن دی اکسید از هوا (DAC) می گذرد، با این حال پیشرفت های علمی سال های اخیر توانسته این فناوری را تبدیل به یک فرآیند اقتصادی کند.

بازار متانول را تقاضای محصولات پایین دست آن تعیین می کند، انتظار می رود مهم ترین مورد مصرف متانول در آینده در بخش تبدیل متانول به الفین ها (MTO) باشد.تولید رایج متانول از سین گاز طی یک فناوری کاملا شناخته شده اتفاق می افتد. تولید متانول تجدیدپذیر با استفاده از کربن دی اکسید اما یک فناوری جدید با چالش هایی مانند نیاز به مبدل های حرارتی متفاوت و تولید حجم زیادی آب است.

تاکنون تحقیقات خوبی در زمینه کاتالیست های موردنیاز در این فرآیند نیز انجام شده، با این حال باید مطالعات زیادی در زمینه مسائل کمی و کیفی مکانیکی، شرایط عملیاتی، بهینه سازی دقیق کاتالیست متناسب با طراحی راکتور صورت گیرد. برای گسترش و بهینه سازی راکتورهای مورد نیاز برای هیدروژنه کردن کربن دی اکسید نیاز به مطالعات بیشتری در ابعاد وسیع و عملیاتی مورد نیاز است.

متاسفانه به علت نیاز به بودجه بالا و انگیزه های سیاسی، توسعه و تحقیقات در این زمینه رخ نداده است. برای مثال، در غیاب کربن منو کسید، حجم هیدروژن مصرفی باید به دقت بررسی شود و به سیستمی برای بازیافت گاز هیدروژن نیاز است. بیان این مسائل در قالب تئوری آسان است اما نیاز به بررسی های دقیق در مقیاس آزمایشگاهی و سپس صنعتی دارد.