Temiz enerjiye geçiş sürecinde Metanol, alternatif yakıt olarak üretimi ve taşıma kolaylığı ile dikkatleri çekiyor
Temiz enerjiye geçiş sürecinde Metanol, alternatif yakıt olarak üretimi ve taşıma kolaylığı ile dikkatleri çekiyor
Kömür, biyokütle ve
atıkların sentez gazına dönüştürülmesi için özgün gazlaştırıcı geliştirme çalışmalarını
yürütmek üzere TÜBİTAK MAM’da Temiz Enerji Teknolojileri Araştırma Grubu
bulunmaktadır. Gazlaştırma sonucu elde edilen sentez gazından sıvı yakıt, metanol,
dimetil eter (DME), olefin vb. değerli kimyasalların üretimine yönelik
fonksiyonel katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve performans testleri ile
proses tasarımı çalışmaları yürütülmektedir.
Metanol, diğer tüm kimyasal ürünleri üretmek için kullanılan
dört kritik temel kimyasaldan biridir (etilen, propilen ve amonyağın yanı
sıra). Metanolün yaklaşık üçte ikisi formaldehit, asetik asit ve plastikler
gibi diğer kimyasalları üretmek için kullanılır. Özellikle polietilen ve
polipropilen üretiminde metanol kullanımı, on yıl önce neredeyse sıfırdan
2019’da 25 Mt’a çıkarak önemli ölçüde artmıştır. Kalan metanol, esas olarak
araçlar, gemiler, endüstriyel kazanlar ve yemek pişirme için yakıt olarak
kullanılmaktadır. Metanolün ya tek başına, biyodizel üretimi için benzinle
harman olarak ya da metil tert-butil eter (MTBE) ve dimetil eter (DME) şeklinde
yakıt olarak kullanımı 2000’lerin ortasından beri hızla artmıştır.
Dünya çapında
yıllık metanol üretimi, geçtiğimiz on yılda neredeyse iki katına çıkarak
2019’da yaklaşık 98 Mt’a ulaşmış olup, bu büyümenin önemli bir kısmı Çin’den
kömürden metanol üretiminden kaynaklanmıştır. IRENA’nın Enerji Dönüşümü
Senaryosunda metanol talebinin 2025’e kadar 120 Mt’a (MMSA, 2020; Berggren,
2019) ve 2050’ye kadar da 500 Mt’a ulaşması beklenmektedir. 2028 yılına kadar
büyümenin büyük bir kısmının yine Çin pazarından gelmesi beklenmektedir.
Yeşil e-metanol
ise, yenilenebilir kaynaklardan yakalanan CO2’den ve yeşil hidrojenden, yani
yenilenebilir elektrikle üretilen hidrojenden elde edilmektedir. Yenilenebilir
olarak nitelendirilebilmesi için, metanol üretminde kullanılan tüm hammaddelerin
ve enerjinin; biyokütle, güneş, rüzgâr, hidro, geotermal vb yenilenebilir
kaynaklı olması gerekmektedir. Her iki yoldan da üretilen metanol, fosil yakıt
kaynaklarından üretilen metanol ile kimyasal bileşim olarak aynıdır.
Oda sıcaklığı ve basıncında renksiz organik bir sıvı olan
metanol, genel olarak metil alkol veya odun ispirtosu olarak bilinir. Metanol
temiz bir yakıt olduğundan ister içten yanmalı motorlarda yakılsın ister yakıt
pillerinde kullanılsın, çevreye zarar veren bileşikleri ya minimum düzeyde üretir
ya da hiç üretmez.
Metanol içerisinde metil alkol bulunan, odun, kömür gibi fosil yakıtların ısı altında damıltılmaları yolu ile, doğal gaza birtakım distilasyon işlemleri uygulanarak veya CO ve H 'nin katalitik ortamda sentezleri sonucunda elde edilebilir. Metanol üretimi düşük basınçta sentez prosesi yaparak gerçekleştirilir. Üretimde, hidrojen sağlamak için doğal gaz (% 96 metan) ve oksijen sağlamak için su olmak üzere iki ana ham madde kullanılır. Metanolün fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo: 1 de verilmiştir.
Metanol’ün yakıt olarak kullanımında göreceli olarak bazı
dezavantajlar da vardır. Metanol'ün belirli bir hacimdeki enerji yoğunluğu
benzine göre daha düşük olduğun dan benzin ile kat edilen bir mesafeyi kat
etmek için daha fazla metanol kullanımına ihtiyaç vardır. 1.7 litre metanol, 1
litre benzinin verdiği enerjiye eşit miktarda enerji vereceğinden, tedarik konusunda
yeni bir düzenleme gerekecektir.
Petrol ve kömürün gazlaştırılması, çok sayıda büyük ünitenin
çalıştığı kanıtlanmış bir teknolojidir. Bununla birlikte, gazlaştırma teknolojilerinin
çeşitli biyokütle türlerine ve MSW’ye uygulanması erken ticarileştirme
aşamasındadır ve tam ticari duruma ulaşmadan önce daha fazla gelişme
gerektirir. Optimum durumlarda, biyo-metanol, fosil yakıtla üretilen metanol
ile maliyet açısından rekabet etmeye yakındır, ancak çoğu durumda iki katına
kadar daha pahalıdır. Gelecekte hammadde maliyetinin önemli ölçüde düşmesi
beklenmediğinden, CAPEX’in azaltılması, ölçek ekonomileri ve süreç
iyileştirmeleri, iyileştirilmiş ve daha fazla (uygun maliyetli) tesis
konfigürasyonları ve tesis boyutu gibi öğrenme eğrisi mekanizmaları yoluyla
üretim maliyetlerinin düşürülmesine en büyük katkı sağlayacaktır.
Biyo-metanol
üretiminin ölçeği, düşük maliyetli biyokütle hammaddesinin mevcudiyetine bağlı
olacaktır (toplam üretim maliyetindeki hammadde maliyetinin payı %50’ye kadar
çıkabilir). Biyo-metanol üretimi, güvenilir ve tutarlı hammadde tedariki
gerektirir. Bazı durumlarda biyokütle hammadde tedariki yerel olarak
sağlanabilirken, diğer birçok proje daha kapsamlı tedarik zincirleri
gerektirir.
E-metanolün büyük ölçekli üretimi, ucuz yeşil hidrojen ve
CO2’nin mevcudiyetinin yanı sıra tesisin sermaye maliyetine bağlı olacaktır.
Maliyet açısından bakıldığında ana etmenler, gerekli H2’yi üretmek için ihtiyaç
duyulan yenilenebilir enerjinin maliyetinin yanı sıra tesis kullanım oranları
(özellikle elektrolizörler) olacaktır. Şu anda, e-metanolün bu kaynaklardan
üretilmesi maliyetli olmaya devam etmektedir. Ancak, rüzgar ve güneşten
üretilen yenilenebilir elektriğin maliyeti zaten çoğu pazarda fosil yakıtla
üretilen elektrikle rekabet eden, önümüzdeki on yıllarda azalmaya devam edeceği
tahmin edilmektedir (IRENA, 2020b; IRENA, 2020c). Bu nedenle e-metanolün
maliyeti de aynı süre içinde önemli ölçüde azalmalıdır. Elektrolizörlerdeki
ölçek ve inovasyon ekonomileri de maliyetleri düşürmeye yardımcı olacaktır.
Tek bir tesiste biyo- ve e-metanol üretiminin
kombinasyonu çok faydalı olabilir. Böyle bir hibrit tesiste, biyometanol
üretiminde üretilen fazla CO2, yeşil hidrojen ile e-metanol üretimi için CO2
kaynağı olarak hizmet edebilir.
Metanol için mevcut
küresel talebin yılda 100 Mt’a yakın olması ve artmasıyla birlikte,
yenilenebilir metanol için büyük bir potansiyel pazar var. Metanol, ister fosil
yakıtlardan ister yenilenebilir kaynaklardan olsun, aynı kimyasal yapıya
sahiptir: CH3OH. Böylelikle, yenilenebilir metanol, herhangi bir mevcut fosil
metanolün yerini alabilir.
Bazı uygulamalarda yakıt olarak fosil metanolün mevcut
genişlemesi, dağıtım ve taşıma altyapısı aynı kalacağından, kademeli olarak
yenilenebilir metanole geçişi de kolaylaştırabilir.
Metanol ve Yenilenebilir
Metanolün Artıları ve Eksileri
+Çeşitli karbon içeren hammaddelerden
endüstriyel ölçekte üretilebilir. Bugün doğal gaz ve kömür; yarın biyokütle,
katı atık ve CO2 + H2
+ Zaten yüzlerce ürünü üretmek için
kullanılmaktadır.
+ Metanol, atmosferik koşullarda bir
sıvıdır. Bu, gemi, boru hattı, kamyon ve demiryolu ile depolamayı, taşımayı ve
dağıtmayı kolaylaştırır.
+ Metanol depolama ve dağıtımı için mevcut
petrol altyapısında yalnızca nispeten ucuz ve küçük bir değişiklik yapılması
gerekiyor.
+ İçten yanmalı motorlar, hibrit (yakıt /
elektrik) sistemler ve yakıt hücreleri, türbin motorları, ocaklar ve kazanlar
için çok yönlü yakıt.
+ Potansiyel sıvı hidrojen taşıyıcı
+ Düşük kirletici emisyonlar: kurum (PM)
yok, SOx yok, düşük NOx. Düşük karbonlu ve yenilenebilir metanol de CO2
emisyonlarını azaltır.
+ Taşımacılık veya kimya endüstrisinin
ihtiyaçlarını karşılamak için metanol üretiminin ölçeklendirilmesinde doğal
teknik zorluklar yok.
+ Metanol biyolojik olarak kolayca
parçalanabilir.
-Yenilenebilir metanol üretimi, fosil
metanolden daha pahalı olmaya devam ediyor.
-Yenilenebilir metanol üretiminin
artırılması gerekiyor.
– Diğer yenilenebilir alternatiflerle
yenilenebilir hammadde (biyokütle, CO2, yenilenebilir enerji, yeşil hidrojen)
için rekabet.
– Yenilenebilir metanol, yatırım desteği,
teknolojiden bağımsız kamu politikası ve uygun fiyatlı erişimin önündeki
engellerin kaldırılmasını gerektirir.
– Metanol için yakıt standartlarının, daha
fazla ülkede ve daha fazla uygulamada daha geniş kullanıma izin verecek şekilde
genişletilmesi gerekiyor
– Benzin ve dizel yakıtın hacimsel enerji
yoğunluğunun yalnızca yarısı kadar
– Bazı metaller için aşındırıcıdır ve bazı
plastikler ve malzemelerle uyumsuzdur
– Benzin, etanol veya hidrojen gibi uygun
olmayan şekilde kullanılırsa son derece yanıcıdır ve patlamaya neden olabilir.
– Toksik; yutulursa ölümcül olabilir.
Metanol, kimya endüstrisinde
önemli bir rol oynamaktadır ve şu anda çoğunlukla fosil yakıtlardan üretilen,
gelişmekte olan bir enerji yakıtıdır. Yenilenebilir metanole geçiş, sanayi ve
ulaşım sektörlerinde net karbon nötr hedeflere doğru katkı sağlarken, metanolün
kimyasal hammadde ve yakıt olarak kullanımını büyük ölçüde artırabilir.
Yenilenebilir metanol üretiminin maliyeti şu anda yüksektir ve üretim hacmi
düşüktür. Ancak doğru politikalarla yenilenebilir metanol, 2050 veya daha erken
bir tarihte maliyette rekabeti sağlayabilir.
Raporda vurgulanan önemli
noktalar özetle aşağıdaki gibidir:
1. Metanol:
·
Metanol, kimya endüstrisinde anahtar bir
üründür. Esas olarak formaldehit, asetik asit ve plastik gibi diğer
kimyasalların üretiminde kullanılır. Yılda yaklaşık 98 milyon ton (Mt)
üretiliyor ve bunların neredeyse tamamı fosil yakıtlardan (doğal gaz veya
kömür) üretiliyor.
·
Mevcut metanol üretimi ve kullanımından
kaynaklanan yaşam döngüsü emisyonları yılda yaklaşık 0,3 gigaton (Gt) CO2’dir
(toplam kimya sektörü emisyonlarının yaklaşık %10’u).
·
Metanol üretimi son on yılda neredeyse iki
katına çıktı ve bu büyümenin büyük bir kısmı Çin’de gerçekleşti. Mevcut eğilimler
altında, üretim 2050 yılına kadar yılda 500 Mt’a çıkarak, yalnızca fosil
yakıtlardan elde edilirse yılda 1,5 Gt CO2 salabilir.
·
Fosil yakıt bazlı metanol üretim maliyeti
ton (t) başına 100-250 USD aralığındadır.
2. Yenilenebilir Metanol:
·
Yenilenebilir metanol,
yenilenebilir enerji ve yenilenebilir hammaddeler kullanılarak iki yolla
üretilebilir:
a. Biyo-metanol, biyokütleden üretilir. Önemli
potansiyel sürdürülebilir biyokütle hammaddeleri şunları içerir: ormancılık ve
tarımsal atıklar ve yan ürünler, düzenli depolama alanlarından biyogaz,
kanalizasyon, kentsel katı atık (MSW) ve kağıt hamuru ve kağıt endüstrisinden
siyah likör.
b. Yeşil e-metanol, yenilenebilir kaynaklardan
(karbon yakalama ve depolamayla [BECCS] ve doğrudan hava yakalama [DAC] ile
biyoenerji) yakalanan CO2 ve yeşil hidrojen, yani yenilenebilir elektrikle
üretilen hidrojen kullanılarak elde edilir.
·
Çoğunlukla
biyo-metanol olmak üzere yılda 0,2 Mt’tan az yenilenebilir metanol
üretilmektedir. Her iki yoldan da üretilen metanol, fosil yakıt kaynaklarından
üretilen metanol ile kimyasal olarak aynıdır.
·
Yenilenebilir metanole
olan ilgi iklim değişikliğini hafifletme ihtiyacından ve özellikle de ortalama
küresel sıcaklık artışını 1,5 ° C’yi geçmeyecek şekilde tutmaya odaklanmanın
artmasından kaynaklanmaktadır. Bu durum, yüzyılın ortasına kadar ekonominin tüm
sektörlerinde net karbon nötr emisyonlara ulaşılması ile ilgilidir.
·
Düşük emisyonlu
metanol, seçeneklerin şu anda sınırlı olduğu belirli sektörlerin özellikle
kimya endüstrisinde hammadde olarak veya karayolu veya deniz taşımacılığında
yakıt olarak karbondan arındırılmasında daha büyük bir rol oynayabilir.
3. Biyo-Metanolün Üretim Maliyetleri:
·
Üretim şu anda düşük
olduğundan, fiili maliyetler hakkında sınırlı veri mevcuttur, bu da potansiyel
maliyetlerin tahmin edilmesi gerektiği anlamına gelir. Biyo-metanol üretim
maliyeti, biyo-hammadde maliyetine, yatırım maliyetine ve dönüştürme işlemlerinin
verimliliğine bağlı olacaktır. Biyokütle ve MSW hammadde maliyetleri, gigajoule
(GJ) başına 0 ile 17 ABD doları arasında değişmektedir.
·
6 ABD Doları / GJ’ye
kadar daha düşük hammadde maliyet aralığı ile, biyo-metanol maliyetinin 320 ABD
Doları / ton ile 770 ABD Doları / ton aralığında olacağı tahmin edilmektedir.
·
Proses
iyileştirmeleriyle, maliyet aralığı 6 USD / GJ’ye kadar olan düşük hammadde
fiyatı aralığı için 220 USD / ton ile 560 USD / ton arasına düşürülebilir ve
daha yüksek hammadde fiyat aralığı için buna uygun olarak daha yüksek bir
aralık kullanılabilir.
·
Diğer endüstriyel
proseslerin atık akışlarından (örneğin kâğıt fabrikalarından siyah likör ve
MSW) biyo-metanol üretimi, özellikle hammadde lojistiğini basitleştirme ve
genel tesis ekonomisini iyileştirme fırsatları sunar. Isı, elektrik ortak
üretimi veya diğer kimyasallar da potansiyel olarak biyo-metanol üretiminin
ekonomisini geliştirebilir.
·
Kısa vadede biyokütle,
kömür bazlı bir gazlaştırıcıya birlikte beslenebilir veya biyogaz, doğal gaz
bazlı bir metanol tesisine beslenebilir, böylece biyokütlenin bir hammadde
olarak kademeli olarak kullanılmasına izin verir ve metanol üretimini
potansiyel olarak daha düşük bir maliyetle daha sürdürülebilir hale getirir.
4.
Yeşil E-Metanolün Üretim Maliyetleri:
·
E-metanolün maliyeti büyük ölçüde hidrojen
ve CO2 maliyetine bağlıdır. CO2’nin maliyeti, yakalandığı kaynağa bağlıdır,
örn. biyokütle, endüstriyel süreçler veya DAC’den.
·
E-metanolün mevcut üretim maliyetinin,
CO2’nin BECCS’den 10-50 ABD doları / ton maliyetle sağlandığı varsayıldığında
800-1.600 ABD Doları / ton aralığında olacağı tahmin edilmektedir. CO2,
maliyetlerin şu anda 300-600 ABD Doları / ton olduğu DAC tarafından elde
ediliyorsa, e-metanol üretim maliyetleri 1 200-2 400 ABD Doları / ton aralığında
olacaktır.
·
Yeşil hidrojen üretiminin gelecekteki
maliyeti, esas olarak yenilenebilir enerji üretimi ve elektrolizörlerin
maliyetindeki daha fazla düşüş ile verimlilik ve dayanıklılıktaki kazanımların
birleşimine bağlıdır.
·
Yenilenebilir enerji fiyatlarında beklenen
düşüşlerle birlikte, e-metanol maliyetinin 2050 yılına kadar 250-630 ABD doları
/ ton seviyelerine düşmesi bekleniyor.
·
Biyo-metanol durumunda olduğu gibi,
kahverengi / gri (fosil) ve yeşil e-metanolün birlikte üretimi, makul bir
maliyetle yeşil e-metanolün kademeli olarak artırılmasına izin verebilir.
5.
Yenilenebilir Metanolün Faydaları ve
Zorlukları:
·
Yenilenebilir metanol, biyokütle, atık veya
CO2 ve hidrojen gibi çeşitli sürdürülebilir hammaddelerden üretilebilir. Fosil
yakıtların yerine kullanılması sera gazı (GHG) emisyonlarını azaltabilir ve
bazı durumlarda diğer zararlı emisyonları da azaltabilir (sülfür oksitler
[SOx], nitrojen oksitler [NOx], partikül madde [PM] vb.)
·
İçten yanmalı motorlarda, hibrit ve yakıt
hücreli araçlarda ve gemilerde kullanılabilen çok yönlü bir yakıttır. Ortam
sıcaklığı ve basınçlarında bir sıvıdır ve bu nedenle depolanması, taşınması ve
dağıtılması kolaydır. Mevcut dağıtım
altyapısı ile uyumludur ve geleneksel yakıtlarla harmanlanabilir.
·
Biyokütleden ve CO2 ve
H2’den metanol üretimi deneysel teknolojileri içermez. Fosil yakıt bazlı sentez
gazından metanol yapmak için neredeyse aynı kanıtlanmış ve tamamen ticari
teknolojiler kullanılır ve biyo ve e-metanol üretimi için kullanılabilir.
·
Şu anda yenilenebilir
metanolün artrılmasının önündeki ana engel, fosil yakıta dayalı alternatiflere
kıyasla daha yüksek maliyetidir ve bu maliyet farklılığı bir süre daha devam
edecektir.
·
Süreç farklılıklarının
ele alınması ve üretim ve kullanımın ölçeğinin artırılmasını kolaylaştırmak,
maliyetleri düşürmeye yardımcı olabilir, ancak çeşitli politika müdahaleleri
gerektirecektir. Doğru destek mekanizmalarıyla ve en iyi üretim koşullarıyla
yenilenebilir metanol, fosil yakıtlardan elde edilen metanolün mevcut
maliyetine ve fiyatına yaklaşabilir.
KAYNAKLAR
https://dunyaenerji.org.tr/yenilenebilir-metanol-inovasyon-gorunumu-raporu/
(4)
Yorumlar
Yorum Gönder