فرایند تولید متانول از طرق مختلفی امکان پذیر است. این ماده کاربردی عمدتاً از گاز طبیعی تولید شده، اما از منابع تجدیدپذیر نیز تولید میگردد. موادی مانند گاز طبیعی تجدیدپذیر، زیست توده، و هیدروژن سبز که با دیاکسید کربن بازیافتی ترکیب میشوند، از جمله گزینههایی هستند که امکان تولید آن پایدار و سازگار با محیط زیست را فراهم میکنند .متانول، یک ماده شیمیایی شفاف و مایع است که کاربردهای گستردهای نیز دارد. این ماده در تولید محصولات متنوعی نظیر پلاستیک، رنگ، لوازم آرایشی و حتی سوخت مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، به عنوان یک منبع انرژی در صنایع دریایی، خودروسازی و برق شناخته شده و به تازگی جایگاه ویژهای در دسته منابع انرژی تجدیدپذیر یافته است.
(CH3OH) با ترکیبی شامل چهار اتم هیدروژن، یک اتم اکسیژن و یک اتم کربن، سادهترین نوع الکلها محسوب میشود. این ماده قابلیت حل شدن در آب را داشته و زیست تخریبپذیر است. به دلیل این ویژگیها، به یک گزینه ایده آل برای تأمین انرژی وسایل نقلیه، کشتیها، پخت و پز و گرم کردن خانهها تبدیل شده و اهمیت اقتصادی و محیط زیستی فزایندهای پیدا کرده است. در ادامه این مطلب به بررسی فرایندهای تولید این ماده شیمیایی میپردازیم.
متانول چگونه تولید میشود؟
تولید سوختها، مواد شیمیایی و محصولات مصرفی دارد. این فرآیند به دلیل کاربرد گستردهای که متانول در صنایع مختلف دارد، به یکی از اصلیترین موضوعات تحقیق و توسعه تبدیل شده است. به طور خاص، این ماده میتواند بهعنوان یک حلال در تولید پلی استایرن استفاده شود، بهویژه در فرآیندهایی مانند پلیمریزاسیون انحلالی. در ادامه، به بررسی فرآیندهای مختلف تولید آن از منابع متنوع و اهمیت آن در صنایع میپردازیم.
این ماده از منابع متنوعی قابل تولید است، که شامل گاز طبیعی، زغالسنگ، بیومس و حتی دیاکسید کربن بازیافتی میشود. گاز طبیعی به دلیل فراوانی، هزینه نسبتاً کم و کارایی بالا، رایجترین منبع برای تولید آن ماده است. این ماده عمدتاً از متان تشکیل شده و بهراحتی میتوان آن را به متانول تبدیل کرد. با این حال، منابع دیگری مانند زیستتوده و دیاکسید کربن نیز در راستای تولید پایدار و کاهش آلایندگیهای زیستمحیطی در حال گسترش هستند.

1. تولید متانول از گاز طبیعی
فرآیند تولید متانول از گاز طبیعی بهطور عمده شامل سه مرحله اصلی است:
- تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز: در این مرحله، گاز طبیعی در حضور بخار آب و در دمای بالا (حدود 700 تا 1000 درجه سانتیگراد) با استفاده از کاتالیزور به گاز سنتز تبدیل میشود. گاز سنتز شامل مخلوطی از مونوکسید کربن (CO) و هیدروژن (H2) است.
- تولید متانول از گاز سنتز: گاز سنتز حاصل در حضور یک کاتالیزور دیگر، معمولاً شامل مس، روی و آلومینیوم، تحت فشار و دمای کنترل شده (200 تا 300 درجه سانتیگراد) به متانول تبدیل میشود. این واکنش بهصورت زیر انجام میشود:
- CO + 2H2 → CH3OH
- جداسازی و خالصسازی: در مرحله آخر، این ماده تولید شده از سایر محصولات جانبی و ناخالصیها جدا شده و خالص میگردد. این فرآیند معمولاً شامل تقطیر است.
2. تولید متانول از زغال سنگ
زغالسنگ یکی دیگر از منابع قابلاستفاده برای تولید این ماده است. در این فرآیند، زغالسنگ ابتدا گازیسازی شده و سپس به گاز سنتز تبدیل میشود. این گاز از مونوکسید کربن و هیدروژن تشکیل شده و مشابه فرآیند گاز طبیعی به متانول تبدیل میشود. اگرچه تولید این ماده از زغالسنگ نسبت به گاز طبیعی پیچیدهتر و پرهزینهتر است، اما برای کشورهایی که به منابع زغالسنگ دسترسی بیشتری دارند، گزینهای مناسب محسوب میشود.
3. تولید متانول از بیومس
زیستتوده یکی از منابع پایدار برای تولید آن است که به کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی و کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک میکند. در این روش، زیستتوده (مانند بقایای کشاورزی، چوب و زبالههای آلی) در فرآیند گازیسازی به گاز سنتز تبدیل میشود. سپس این گاز بهروش مشابه گاز طبیعی به آن ماده تبدیل میشود. استفاده از زیستتوده نه تنها به تولید این محصول کمک میکند، بلکه در مدیریت پسماند و حفاظت از محیط زیست نیز مؤثر است.
4. تولید متانول از دیاکسید کربن
تولید این ماده از دیاکسید کربن بازیافتی یک روش نوآورانه و دوستدار محیط زیست است که توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این فرآیند، دیاکسید کربن حاصل از فعالیتهای صنعتی با هیدروژن سبز (هیدروژنی که از طریق الکترولیز آب و با استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر تولید شده است) ترکیب شده و متانول تولید میشود. این روش به کاهش انتشار گازهای گلخانهای و استفاده بهینه از منابع کمک میکند. روش روشهای مختلفی برای تولید این ماده از دیاکسید کربن (CO₂) وجود دارد که به شرح زیر میباشند:
- هیدروژناسیون مستقیمCO₂: در این روش، دیاکسید کربن و هیدروژن بهطور مستقیم به متانول تبدیل میشوند. در این فرایند، مقداری منوکسید کربن و برخی محصولات جانبی مانند دیمتیل اتر و متان نیز تولید میشود. گازهای اضافی به برجهای جداکننده منتقل میشوند تا مواد غیرضروری از آنها حذف شوند.
- روش دو مرحلهای (RWGS): این روش شامل دو مرحله است. در مرحله اول، دیاکسید کربن به گاز سنتز تبدیل میشود. در مرحله دوم، گاز سنتز وارد راکتور دیگری شده و این ماده تولید میشود. این روش در دمای بالا انجام میشود و محصولات جانبی نیز در این فرآیند تولید میشوند.
- فوتو الکتروشیمیایی: این روش از نور خورشید برای تبدیل CO₂ به متانول استفاده میکند. کاتالیست نیمرسانا روی الکترود قرار میگیرد و با جذب انرژی نور، جفت الکترون-حفره تولید میکند. این جفتها در واکنشهای شیمیایی شرکت کرده و دیاکسید کربن را به این ماده تبدیل میکنند. این فرآیند از مراحل مختلفی مانند تابش نور، واکنش جذب ماده، و تولید محصول نهایی تشکیل میشود. برای تولید انواع کوپلیمر نیز کاتالیزورها نقش مهمی دارند.
- زیست الکتروشیمیایی: در این روش، از میکروارگانیسمها برای تبدیل CO₂ به متانول استفاده میشود. این روش به دلیل کارایی در شرایط دمای پایین و هزینه کم، بهویژه جذاب است.
- گرما شیمیایی: در این فرایند، ابتدا اکسیژن از اکسیدهای فلزی تولید میشود و سپس با کاهش این اکسیدها توسط CO₂ یا آب، منوکسید کربن و هیدروژن تولید میشود. در مرحله اول واکنشها سریع است، اما در مرحله بعدی سرعت واکنش کاهش مییابد. در واقع، انرژی گرمایی به انرژی شیمیایی تبدیل میشود. در تولید پلی اتیلن نیز، فرآیند پلیمریزاسیون تحت فشار بالا و دمای بالا انجام میشود.
- الکتروشیمیایی: در این روش، با استفاده از جریان برق، دیاکسید کربن به متانول تبدیل میشود. این روش برای ذخیره انرژی الکتریکی و تبدیل CO₂ به سوختهای قابل استفاده مفید است و شامل اکسیداسیون آب در آند و کاهش دیاکسید کربن به این ماده در کاتد است.
هرکدام از این روشها مزایا و چالشهای خود را دارند، اما هدف نهایی همه آنها، کاهش CO₂ می باشد. کاتالیزورها نقش بسیار مهمی در فرآیند تولید این ماده دارند و معمولاً از موادی مانند مس، روی و آلومینیوم تشکیل شدهاند مانند دی اکسید تیتانیوم. این مواد باعث افزایش سرعت واکنش و بهبود بازده تولید میشوند.
متانول به دلیل خواص منحصربهفرد و کاربردهای گستردهاش، یکی از مهمترین مواد شیمیایی در جهان محسوب میشود. فرآیند تولید این ماده با استفاده از منابع متنوع و فناوریهای پیشرفته انجام میشود. تولید این ماده از منابع تجدیدپذیر نه تنها به کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی کمک میکند، بلکه در کاهش آلایندگی و حفاظت از محیط زیست نیز نقش بسزایی دارد.