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, что в 97% из них атмосферной влаги достаточно, чтобы обеспечить производство водой без использования местных пресноводных ресурсов.
Метанол является одним из важнейших продуктов химической промышленности. Его используют при выпуске формальдегида и олефинов, из которых затем получают множество полимеров и других химических продуктов. Помимо этого, метанол все активнее применяется как топливо для морского транспорта. Мировой спрос на него приблизился к 110 млн. тонн в год, а к 2050 году он может превысить 500 млн. тонн. В настоящее время 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 для электролиза и охлаждения оборудования. Это особенно важно для засушливых территорий, хотя именно они часто обладают хорошими условиями для солнечной и ветровой генерации.
Решить проблему ученые предлагают с помощью технологии прямого улавливания углекислого газа из воздуха. Обычно такие установки рассматривают 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 смесь водорода и оксида углерода, служащую сырьем для производства метанола. Электроэнергию должны обеспечивать солнечные и ветровые электростанции.
Ученые смоделировали работу такой системы для 20265 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. Значительный избыток модель показала в отдельных районах Индонезии и Перу. Ограничения возникли только 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 18538 из 20265 регионов вклад воздушного охлаждения в себестоимость не превышал 5 евро на тонну метанола.
Таким образом, 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 благоприятные условия для солнечной и ветровой генерации позволяют снизить затраты на энергию.
Ученые признают, что расчеты не учитывают ряд возможных эксплуатационных проблем, включая ускоренный износ высокотемпературных электролизеров при частых остановках и запусках. Но их исследования показали, что дефицит пресной воды сам по себе не является препятствием для производства "зеленого" метанола.
