E-metanolin valmistus uusiutuvasta hiilidioksidista ja vihreästä vedystä

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää e-metanolin valmistamisen edellytykset ja suorit-taa katsaus teknologian ja tuotantokustannusten nykytilaan, sekä selvittää tuotannon nyky-tila. Metanolinkäytön ennustetaan kasvavan merkittävästi. E-metanoli tarjoaa hiilineutraalin tavan valmistaa metanolia, yhtä maailman eniten käytettyä kemikaalia, ja sen potentiaali hiilipäästöjen vähentämiseen on merkittävä.

Tuloksena selvisi, että molempien raaka-aineiden – uusiutuvasta lähteestä erotetun hiilidi-oksidin ja vihreän vedyn – sekä itse e-metanolin hankintaan ja tuotantoon on olemassa tek-nologian ja kapasiteetin kannalta riittävän kypsät tekniikat, jotka mahdollistavat kaupallisen kokoluokan tuotannon jo tällä hetkellä. Valmistuskustannusten osalta vedyntuotannon säh-köenergiaintensiivisyys osoittautui suurimmaksi yksittäiseksi kustannukseksi, ja se sanelee hyvin pitkälle jopa e-metanolin hintaa. Seuraavaksi nykyisin käytössä olevan alkalielektro-lyysin jälkeen kaupallistuvassa polymeerielektrolyysissä parempi hyötysuhde, joka pienen-tää sähkönkulutusta, mutta investointikustannukset ovat vielä jopa kaksinkertaiset alkali-elektrolyysiin nähden.

Tekniikan kaupallistumisen odotetaan alkavan tällä vuosikymmenellä isossa mittakaavassa. Toistaiseksi vahvistetusti vain yksi laitos valmistaa uusiutuvaa e-metanolia kaupallisesti, mutta melko pienessä mittakaavassa. Kokonaan uusiutuvaa e-metanolia, sekä fossiilisia hii-lidioksidipäästöjä uudelleen hyödyntäviä laitoksia on useita toteutusvaiheessa.

Teknologian keskimäärin melko korkeasta valmiusasteesta huolimatta kehityskohteita on runsaasti prosessin jokaisessa vaiheessa. E-metanoliin kohdistuu suurta ja kasvavaa mielen-kiintoa tieteellisessä tutkimuksessa. Kaupallistuminen on vielä hidasta, mutta alkamassa.

The purpose of the thesis was to investigate the conditions for producing e-methanol and provide an overview of the current state of technology and production costs. The use of methanol is expected to increase significantly. E-methanol offers a carbon-neutral way to produce methanol, one of the most widely used chemicals globally, with significant poten-tial for reducing carbon emissions.

The results revealed that there are mature technologies and capacities for both raw materials – renewable CO2 and green hydrogen – as well as for the acquisition and production of e-methanol. These technologies enable commercial-scale production already. Considering production costs, the electricity intensity of hydrogen production turned out to be the most significant factor, largely determining the price of e-methanol. Proton exchange membrane electrolysis (PEM) – soon to be largely commercialized after current state-of-the-art tech-nology alkaline electrolysis (AEL) – would improve efficiency and thus reduce electricity consumption, but investment costs can still be as high as double compared to AEL.

The commercialization of the technology is expected to begin on a large scale in this dec-ade. Currently only one confirmed facility commercially produces renewable e-methanol, albeit on a relatively small scale. Several facilities producing entirely renewable e-methanol, as well as those reusing fossil carbon dioxide emissions, are in various stages of realization.

It was acknowledged that despite the relatively high readiness of the technology, there are areas for improvement at every stage of the process. E-methanol attracts significant interest in scientific research. Commercialization is still slow but has begun.