Ученые из Исследовательского центра Юлиха и Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена в Германии предложили производить «зеленый» метанол в засушливых регионах, получая необходимые для этого углекислый газ и воду непосредственно из воздуха. Их расчеты, произведенные более чем для 20 тысяч регионов в 78 странах мира, показали: в 97% из них атмосферной влаги достаточно, чтобы обеспечить производство водой без использования местных пресноводных ресурсов.
Метанол – один из важнейших продуктов химической промышленности. Его используют, в частности, при производстве формальдегида и олефинов, из которых затем получают множество полимеров и других химических продуктов. В последние годы метанол все активнее применяется как топливо для морского транспорта. Мировой спрос на него приблизился к 110 млн тонн в год, а к 2050 году может превысить 500 млн тонн. При этом сегодня метанол преимущественно производят из природного газа и угля, что приводит примерно к 300 млн тонн выбросов CO₂ ежегодно.
Переход на «зеленый» метанол позволяет отказаться от ископаемого сырья, однако для его производства по-прежнему необходима вода, прежде всего для электролиза. Кроме того, значительные объемы воды обычно расходуются на охлаждение оборудования. Это особенно важно для засушливых территорий, хотя именно они часто обладают хорошими условиями для солнечной и ветровой генерации.
Решить эту проблему немецкие исследователи предлагают с помощью технологии прямого улавливания CO₂ из воздуха. Обычно такие установки рассматривают прежде всего, как поглотитель CO₂, однако используемый в них твердый сорбент одновременно поглощает содержащийся в воздухе водяной пар. При последующем нагревании из сорбента высвобождается смесь CO₂ и воды, которую затем разделяют. Полученные компоненты поступают в высокотемпературный электролизер, где из них получают синтез-газ – смесь водорода и оксида углерода, служащую сырьем для производства метанола. Электроэнергию для всей системы должны обеспечивать солнечные и ветровые электростанции.
Исследователи смоделировали работу такой системы для 20 265 регионов, в которых к 2050 году прогнозируется заметный дефицит воды. В расчетах учитывались местные ресурсы солнечной и ветровой энергии, а также почасовые изменения температуры и влажности воздуха. Это важно, поскольку от погодных условий зависят производительность установок прямого улавливания, их энергопотребление и количество собираемой воды.
В большинстве рассмотренных регионов установка могла получать из воздуха даже больше воды, чем требовалось непосредственно для производства метанола. Наибольший избыток модель показала в отдельных районах Индонезии и Перу – более 2,5 тонны воды на тонну метанола. Ограничения возникли только в 606 регионах, преимущественно в наиболее сухих районах США, Северной Африки, Ближнего Востока и Австралии. Но и там дефицит во многих случаях можно компенсировать, накапливая воду и перенося работу установки на периоды с более высокой влажностью.
Для охлаждения оборудования ученые также предложили отказаться от расходования воды и использовать воздушную систему. Расчеты показали, что такое решение сравнительно мало влияет на экономику проекта: в 18 538 из 20 265 регионов вклад воздушного охлаждения в себестоимость не превышал 5 евро на тонну метанола.
В целом ученые пришли к выводу, что прогнозируемый к 2050 году мировой спрос на метанол в 500 млн тонн в год теоретически можно обеспечить при средней себестоимости около 604 евро за тонну – это сравнительно невысокий показатель для зеленого метанола. Себестоимость ниже 600 евро за тонну была получена только для отдельных районов США, Аргентины, Чили, Мавритании и Марокко, поскольку там благоприятные условия для солнечной и особенно ветровой генерации позволяют снизить затраты на энергию.
При этом в исследовании речь идет пока о компьютерном моделировании, а не о работе промышленного комплекса. Кроме того, исследователи признают, что расчеты не учитывают ряд возможных эксплуатационных проблем, например, ускоренный износ высокотемпературных электролизеров при частых остановках и запусках. Тем не менее работа показывает, что дефицит пресной воды сам по себе не должен быть препятствием для производства зеленого метанола.
