Yenilenebilir Metanol İnovasyon Görünümü Raporu

ÖZET

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 ulaştı. Bu büyümenin büyük bir kısmı Çin’den kömürden metanol üretimiyle geldi. IRENA’nın Enerji Dönüşümü Senaryosunda metanol talebinin 2025’e kadar 120 Mt’a (MMSA, 2020; Berggren, 2019) ve 2050’ye kadar 500 Mt’a ulaşması bekleniyor.

Şekil 1- Küresel Metanol Talebi ve Üretim Kapasitesi (2001-2019)

2028 yılına kadar büyümenin büyük bir kısmının Çin pazarından gelmesi bekleniyor.

Yeşil e-metanol, yenilenebilir kaynaklardan (örn. BECCS veya DAC yoluyla) yakalanan CO2’den ve yeşil hidrojenden, yani yenilenebilir elektrikle üretilen hidrojenden elde edilir.

Yenilenebilir olarak nitelendirilebilmesi için, metanol üretmek için kullanılan tüm hammaddeler ve enerjinin yenilenebilir kaynaklı olması gerekir (örneğin, biyokütle, güneş, rüzgâr, hidro, jeotermal).

Her iki yoldan da üretilen metanol, fosil yakıt kaynaklarından üretilen metanol ile kimyasal olarak aynıdır.

Şekil 2-Başlıca Metanol Üretim Yolları

Uygun yerel koşullara bağlı olarak, biyo-metanol ve e-metanol üretimi için başka erken veya niş fırsatlar vardır (örneğin, şeker kamışından biyo-etanol ile entegre üretim, biyokütle hammaddesi ve fosil yakıtları birlikte besleme ve ısı, elektriğin ortak üretimi ve diğer kimyasallar).

Biyo-Metanolün Rekabet Gücünü Artırmak

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.

Biyokütle, sürdürülebilir kaynaklardan elde edilmelidir. Olumsuz ekonomik, çevresel ve sosyal etkilerin risklerini dikkate almak ve yönetmek için sürdürülebilirlik değerlendirmeleri ve izlemeye ihtiyaç vardır (IRENA, 2020a). Sürdürülebilir biyokütlenin dünyadaki brüt maksimum kullanılabilirliğinin 2030’da 147 exajoule olacağı tahmin edilmektedir (IRENA, 2014).

Şekil 3- Biyo ve E-Metanolün Mevcut Ve Gelecekteki Üretim Maliyetleri

E-Metanolün Rekabet Gücünü Artırmak (Bol ve Düşük Maliyetli Yeşil Hidrojen)

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.

Yenilenebilir metanol için görünüm.

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.

Şekil 4-Yenilenebilir Metanolün Diğer Yakıtlarla Enerji Birimi Başına Fiyat Bazında Karşılaştırılması

 Şekil 5-2019’da Küresel Metanol Talebi

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:
  1. 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.
  2. 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.

Kaynak: “Innovation Outlook Renewable Methanol”, IRENA

İndirmek için tıklayın