甲醇經濟
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甲醇經濟（英語：methanol economy）是一種提議中未來的經濟形式，使用甲醇來代替現在廣泛使用的化石燃料來用作能量存儲，地面交通燃料，以及合成碳氫化合物的原料及其產品。它與提議中的另外的氫經濟和乙醇經濟相互競爭。
在1990年，諾貝爾獎得主化學家喬治·安德魯·歐拉（George A. Olah）開始提倡甲醇經濟[1][2]，在2006年，他與兩位合著者G.K.蘇耶·普拉卡西（G. K. Surya Prakash）和阿蘭·戈佩特（Alain Goeppert）出版了關於這個主題的書[3]。在這些出版物中，他們總結了化石燃料和可替代能源的狀態，它們的可用性和局限性，然後提出了新的方法，就是所謂的甲醇經濟。
甲醇是用於熱機和燃料電池的燃料。由於其高辛烷值，可以直接使用的燃料的靈活燃料汽車（包括混合電動汽車和插電式混合動力汽車）使用現有的內燃機（ICE）。甲醇也可以被用作燃料電池中的燃料，無論是直接在直接甲醇燃料電池（DMFC）的或間接的（通過重整成氫氣轉換後）使用。
在正常條件下，甲醇是一種液體，使得它很容易被存儲，運輸和分配，就像汽油和柴油燃料那樣。它也可以容易地通過脫水轉化成二甲醚，這是十六烷值為55的柴油替代燃料。
在今天，甲醇作為原料已經進行了大規模的應用（每年約3700萬噸[4]），生產各種化學產品和材料。此外，它可以很容易地用甲醇-烯烴（MTO）的工藝轉換成乙烯和丙烯，它還可以用於生產目前仍然從石油和天然氣獲得的合成烴類和它們的產品。
甲醇生產的原料來源十分廣泛，包括仍然充沛的化石燃料（例如天然氣，煤，油頁岩，油砂等），以及農產品和城市廢物垃圾，木材，和各種生物質。更重要的是，它還可以利用被化工回收的二氧化碳來生產，國際碳回收公司（Carbon Recycling International，CRI）已經在其首個商業規模的工廠中證明了這點[5]。初期的主要來源將是在燃燒化石燃料的發電廠豐富的含有CO2的煙道氣中或在水泥廠和其他工廠排出的廢氣。但是，在長時間中，考慮到化石燃料資源的減少和使用化石燃料對地球大氣層的影響，即使是低濃度的大氣中本身的二氧化碳，也可以和應當被捕獲和回收為甲醇，從而補充了大自然的光合循環。高效的能捕獲大氣中的二氧化碳的吸收劑正在被開發，它模仿了植物的能力。化學回收的CO2也因此成為可行的新燃料和新源料，使它們對在人類時間尺度上可以成為可再生能源。
甲醇的使用
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燃料
[編輯]- 對於內燃發動機（即內燃機）
- 對於壓燃式發動機（即柴油發動機）
- 對於高級的甲醇動力車輛
- 用於發電
- 作為家用燃料
- 甲醇和二甲醚可用於商業建築和家庭來生成的熱量和/或電力。二甲醚可被用於商業燃氣灶具而不修改。在中國，二甲醚還可以與有液化石油氣混合來用作烹調或加熱燃料。在發展中國家的甲醇可以用被作烹飪燃料，燃燒比木材更清潔，從而減輕室內的空氣質素問題。
化工原料
[編輯]甲醇現在已被大規模作為原料使用，生產出各種化學品及其產品。通過甲醇制汽油（MTG）的工藝，它可以轉化成汽油。通過甲醇制烯烴（MTO）工藝，甲醇也可轉化成乙烯和丙烯，這兩種化學物質是由石化工業中最大生產量的化學物質[6]。這些都是用於生產至關重要的聚合物（LDPE，HDPE，PP）和其它類似的化學中間體的重要構建模塊，它們目前主要是產自石油原料。因此，從甲醇生產這些至關重要的化學物質，就可以減少我們對於石油的依賴。這也將有可能在將來化石燃料儲量耗盡的時候，仍然可以繼續生產這些至關重要的化學物質。
甲醇的生產
[編輯]今天，大多數甲醇是由甲烷通過合成氣生產的。特立尼達和多巴哥目前是世界上最大的甲醇出口國，主要出口到美國[7] 。用作生產甲醇的原料的天然氣來自與其他用途相同的來源。非常規的天然氣來源，例如煤層甲烷氣，嚴密的砂氣（tight sand gas），和最終存在海洋中、在西伯利亞、和加拿大苔原大陸架下的非常大規模的可燃冰資源，也可以被用來提供必要的天然氣[8]。
從甲烷通過甲醇的常規途徑通過與部分氧化組合（或不組合）的蒸汽重整產生合成氣。 新的和更有效的將甲烷轉化為甲醇的方法也正在被開發。這些方法包括：
甲醇經濟中所需要的甲醇不僅可以從廣泛的碳源中獲得，包括仍然在使用的化石燃料和生物質，而且還可以從燃燒化石燃料的發電廠和其他工業排放的二氧化碳，甚至最終是從在空氣中所含的二氧化碳來合成甲醇[9]。也可以通過二氧化碳的化學回收製備，碳回收國際公司已經與其第一個商業規模的工廠展示。[5]
優勢
[編輯]在光合作用過程中，綠色植物利用陽光的能量將水分解成游離氧（被釋放）和游離氫，而不是試圖儲存氫氣。植物立即從空氣中捕獲二氧化碳，以允許氫氣將其還原成可儲存的燃料，例如烴（植物油和萜烯）和多元醇（甘油，糖和澱粉）。在甲醇經濟中，任何類似產生游離氫的方法都建議立即將其「二次」地用於將二氧化碳還原成甲醇，如與光合作用的植物產物一樣，比較在自由氫本身的儲存和運輸方面具有很大的優勢。
對於氫的優勢
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對於乙醇的優勢
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劣勢
[編輯]- 與氫生產相關的能源成本高（當需要合成甲醇時）
- 依賴原料的生產本身可能是不清潔的
- 雖然理論上任何能量來源都可以使用，但考量製程便利與成本，從目前所量產的合成氣仍然依賴於化石燃料。
- 能量密度（按重量比較或按體積比較）是汽油的一半和是小於乙醇的24%。[10]
- 腐蝕某些金屬，包括鋁，鋅和錳。發動機燃料吸入系統的部件是由鋁製成。類似於乙醇，甲醇相容的材料的燃料罐，密封墊和發動機進氣必須被使用。
- 甲醇是有毒性和易燃。
參見
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參考資料
[編輯]- ^ George A. Olah. Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy. Angew. Chem. Int. Ed.. 2005, 44 (18): 2636–2639. PMID 15800867. doi:10.1002/anie.200462121.
- ^ George A. Olah. The Methanol Economy. Chem. Eng. News. 2003, 81 (38): 5. doi:10.1021/cen-v081n051.p005.
- ^ George A. Olah; G. K. Surya Prakash; Alain Goeppert. Chemical Recycling of Carbon Dioxide to Methanol and Dimethyl Ether: From Greenhouse Gas to Renewable, Environmentally Carbon Neutral Fuels and Synthetic Hydrocarbons. J. Org. Chem.. 2009, 74 (2): 487–498. PMID 19063591. doi:10.1021/jo801260f.
- ^ "Product Focus: Methanol", Chemical Week May 23, 2007, Page 29
- ^ 5.0 5.1 First Commercial Plant. Carbon Recycling International. [11 July 2012]. （原始內容存檔於2013年7月3日）.
- ^ Technology Economics: Propylene from Methanol （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - slideshare.net
- ^ 存档副本. [2017-06-06]. （原始內容存檔於2018-05-30）.
- ^ Olah, George A. Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy. Angewandte Chemie International Edition. 2005-04-29, 44 (18) [2023-10-19]. ISSN 1433-7851. doi:10.1002/anie.200462121. （原始內容存檔於2023-12-02） （英語）.
- ^ Kothandaraman, Jotheeswari; Goeppert, Alain; Czaun, Miklos; Olah, George A.; Prakash, G. K. Surya. Conversion of CO2 from Air into Methanol Using a Polyamine and a Homogeneous Ruthenium Catalyst. Journal of the American Chemical Society. 2016-01-27, 138 (3): 778–781. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/jacs.5b12354.
- ^ Energy Density of Methanol (Wood Alcohol). [2014-07-06]. （原始內容存檔於2014-07-14）.
外部連結
[編輯]- 繼石油天然氣以後的甲醇經濟（二）[永久失效連結]
- （英文）與喬治·安德魯·歐拉討論甲醇經濟 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - NPR Talk of the Nation
- （英文）甲醇研究所 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）