Toekomst van methanol: De kosten van het afstappen van aardgas

Wat hebben kleefstoffen, lichtdisplays, benzine en industrieel rubber gemeen? Ze hebben allemaal de eenvoudigste organische alcohol - methanol - als basis. Methanol is een bouwsteen voor een breed scala aan chemicaliën en met een van de hoogste waterstof-koolstofverhoudingen heeft het potentieel als brandstof met een hoge energie-efficiëntie. Methanol is ook verantwoordelijk voor 28% van de emissies bij de productie van primaire chemicaliën. Methanol wordt voornamelijk geproduceerd uit aardgas (grijze methanol) in een proces met twee stappen - reforming van aardgas tot synthetisch gas (syngas) en katalytische omzetting van syngas in methanol - en heeft productiekosten van ongeveer 160 USD/ton. Maar de toenemende toepassingen van methanol als koolstofarme brandstof en koolstofdrager voor de chemische industrie vereisen een overstap van fossiele grondstoffen.

Aan deze overgang hangt echter een prijskaartje. En de kosten worden hoger naarmate we ons verder verwijderen van de traditionele grondstoffen en processen. We kijken naar de kosten van de productie van drie verschillende soorten koolstofarme methanol (blauwe methanol, biomethanol en e-methanol) in termen van de mate waarin ze afwijken van de gebruikelijke route voor grijze methanol. 

*Capex, kapitaaluitgaven, **Opex, bedrijfsuitgaven, ***CCS, koolstofafvang en -opslag

• Blauwe methanol (identieke grondstof, identiek proces). De eerste verwantschap met grijze methanol is blauwe methanol, dat de bestaande aardgasroute behoudt met een retrofit voor koolstofafvang. Blauwe methanol kost 230 USD/ton methanol en stelt bedrijfsinstallaties in staat om de koolstofintensiteit van grijze methanol met ongeveer 40% te verlagen via koolstofafvang. De activiteit op dit gebied is schaars, maar eerder dit jaar werd in de VS een project van 3 miljard USD aangekondigd in de haven van Lake Charles voor de productie van blauwe methanol en andere chemicaliën. Dit is echter geen oplossing voor de lange termijn, omdat blauwe methanol uiteindelijk zal worden benadeeld in de levenscyclusanalyse, omdat de koolstof die erin zit nog steeds afkomstig is van aardgas en dus van fossiele oorsprong is. Emissies (inclusief methaan) door het winnen van grondstoffen en het affakkelen van gas resulteren in een onvermijdelijke koolstofintensiteit die de markttoepassing kan belemmeren. 

• Biomethanol (nieuwe grondstof, vergelijkbaar proces). De volgende adjacentie betreft de overschakeling op een niet-fossiele koolstofbron, maar met behoud van bepaalde aspecten van het bestaande aardgasproces. De niet-fossiele koolstofbron is biomassa of biogas, en het procesaspect dat wordt behouden is het tussenproduct syngas. Vaste biomassagrondstoffen zoals houtpellets of gemeentelijk vast afval kunnen worden vergast en een gasvormige grondstof zoals biogas kan worden gereformeerd om syngas te produceren. Syngas wordt vervolgens omgezet in biomethanol, dat chemisch identiek is aan fossiele methanol. De uitdaging in dit proces is niet de conversie van syngas, maar eerder de productie van syngas uit biomassa. Biomassa is duurder dan aardgas, en de noodzaak van grote vergassers om grote hoeveelheden biomassa op te nemen drijft de kapitaalkosten op. Dit resulteert in een totale kostprijs van ongeveer 600 USD/ton biomethanol. In de toekomst kan schaalgrootte helpen om de kosten te drukken, maar de biomassaprijzen zullen sterk worden beïnvloed door prijsinflatie als gevolg van regionale aanbodbeperkingen. Het hervormen van biogas is iets minder duur, ongeveer USD 450/ton biomethanol, maar de uitdaging ligt hier in het feit dat het biogas direct wordt gebruikt voor energieopwekking in plaats van te worden opgewerkt tot hernieuwbaar aardgas van netkwaliteit dat kan worden gebruikt voor de productie van biomethanol. Dit is meer prominent in regio's zoals Europa, dat streeft naar energiezekerheid in tijden van geopolitieke conflicten. Over het geheel genomen is biomethanol de goedkoopste soort niet-fossiele methanol, maar op de lange termijn zal het een probleem worden om fossiele methanol volledig te vervangen. 

• E-methanol (nieuwe grondstof, nieuw proces). De laatste optie is het aanboren van afgevangen_CO2 en groene waterstof, waarvoor een nieuwe technologie nodig is -_{CO2-hydrogenering} - die verschilt van de omzetting van syngas in methanol. E-methanol heeft de gunstigste koolstofvoetafdruk, en men kan stellen (en hopen) dat de overvloed aan koolstofafvang en groene waterstof in 2050 deze nieuwe grondstoffen vrijwel onbeperkt en goedkoop zal maken. Maar van die realiteit zijn we nog ver verwijderd. Voor de productie van 1 ton e-methanol is 0,2 ton waterstof nodig, en een optimistische kostprijs van groene waterstof van USD 4/kg vertaalt zich in een grondstofprijs van waterstof van USD 800/ton methanol. Daarom liggen de totale kosten van e-methanol momenteel in de buurt van USD 1.000/ton methanol, waarbij het langetermijntraject is afgestemd op ontwikkelingen in de koolstof- en waterstofeconomie. Veel grote chemiebedrijven leveren echter geavanceerde katalysatoren en werken samen met partners in de waardeketen om eerste e-methanolfaciliteiten op te zetten die kunnen worden gekopieerd.

Opschaling van e-methanol om de kosten te drukken: Vaste en gevarieerde waardeketenpartners

Het opschalen van e-methanolfaciliteiten vereist het opzetten van gestandaardiseerde en herhaalbare commerciële faciliteiten met een vergelijkbare productiecapaciteit. Hiervoor zijn sterke technologiepartners nodig (naast katalysatorontwikkelaars) die gestandaardiseerde en reproduceerbare technologiecomponenten kunnen leveren. We noemen specifiek de aanpak van Liquid Wind in de context van toekomstige kostenverlagingen door schaalvergroting. Liquid Wind wil 80 e-methanolfaciliteiten opzetten in Scandinavië, elk met een capaciteit van 100 kton/j. Liquid Wind heeft zijn technologieleveranciers vastgelegd - Carbon Clean voor koolstofafvang, Siemens voor groene waterstof en Topsoe voor de katalysator - en zijn nutspartner gevarieerd op basis van de locatie. Na verloop van tijd zorgt deze aanpak voor efficiëntie en leerprocessen in de integratie van verschillende technologieën in plaats van nieuw kapitaal te gebruiken om technologiecomponenten te optimaliseren en te verfijnen. 

Verder dan CO₂ hydrogenatie: Wat kan er nog meer gedaan worden?

E-methanol is nog steeds een opkomende technologie, maar bij Lux kijken we altijd naar de toekomst. Hoewel we verwachten dat e-methanolprojecten waarbij chemische grootmachten betrokken zijn de grootste kans op commercieel succes hebben, is het ecosysteem voor e-methanol nog steeds rijp voor innovatie. Hier zijn een paar andere manieren om e-methanol te produceren: 

• Methanologie. Een op enzymen gebaseerd elektrochemisch proces dat_CO2 en water omzet in methanol; er is geen waterstof nodig. 
• Oxylus Energy. Directe_CO2 elektrolyse in methanol met behulp van een nieuwe kobalt-op-koolstof katalysator. 
• ICODOS. Continu koolstofafvang- en conversieproces dat achteraf wordt ingebouwd in een industriële installatie en ter plaatse e-methanol produceert. De kostenbesparingen komen hier van lagere kosten voor koolstofafvang (door energiebesparingen van desorptie en_{CO2-compressie} ) en investeringen, maar er is nog steeds groene waterstof nodig.