Können die investierten Gelder in das „größte Methanol-Projekt aller Zeiten“ wieder zurückgewonnen werden?

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Die chinesische Methanolindustrie am Rande des Abgrunds – Finanznews-Website. Quelle: Finanznews-Website. Autor: Marsmensch. Aufrufe: 47411. Veröffentlichungsdatum: 29.11.2015, 16:07:38. Der Titel klingt etwas übertrieben – aber lassen Sie mich erst eine Geschichte erzählen. Es wird erzählt, dass eine Familie einige Morgen Land besaß. Anfangs wurden auf diesem Land ausschließlich Getreidepflanzen angebaut. Jedes Jahr wurde eine Menge an Ernte eingebracht – genug, um den eigenen Bedarf zu decken und noch etwas übrig zu haben. So konnte die Familie selbstversorgend leben und hatte ein glückliches Leben. Ein Freund sah, dass er das Getreide nicht aufbrauchen konnte, und gab ihm einen Rat: Er könne das Getreide zum Bierbrauen verwenden – schließlich ist Bier viel besser als Wasser. [Originalmeldung] Der Aufwärtstrend ist noch nicht vorbei – die Chancen liegen jetzt! 【Fokus】Der Titel des zweiten internationalen Hochrangforums zur niedrigcarbonhaltigen Entwicklung in China klingt etwas übertrieben, aber lassen Sie mich erst eine Geschichte erzählen. Es wird erzählt, dass eine Familie einige Morgen Land besaß. Anfangs wurden auf diesem Land ausschließlich Getreidepflanzen angebaut. Jedes Jahr wurde eine Menge an Ernte eingebracht – genug, um den eigenen Bedarf zu decken und noch etwas übrig zu haben. So konnte die Familie selbstversorgend leben und hatte ein glückliches Leben. Ein Freund, der sah, dass er seinen Getreidevorrat nicht aufbrauchen konnte, gab ihm einen Rat: Er könne das Getreide zum Bierbrauen verwenden. Bier sei doch viel besser als Wasser – man kann es beim Essen trinken; es schmeckt erfrischend und gibt ein Gefühl von Leichtigkeit. Die Familie war begeistert, also verwandelten sie alle übrigen Lebensmittel im Haus in Wein. Als sie diesen probierten, wurden sie süchtig danach. Deshalb produzierten sie im folgenden Jahr noch mehr Wein – und genossen den köstlichen Trunk in vollen Zügen. Eines Tages stellte die Familie fest, dass die Vorräte, die ursprünglich in großen Mengen vorhanden waren und für ein ganzes Jahr ausgereicht hätten, nun nicht mehr ausreichten. Sie mussten oft hungrig trinken – dadurch wurde auch der Wein zu einem bitteren Getränk. Was ist die Ursache? Früher mochte man das Getreide zwar auf verschiedene Arten essen – wie Reis, Reiskuchen oder Reismehl – doch im Grunde handelte es sich dabei immer noch um Reis. Um aus Reis Wein herzustellen, sind jedoch 3 Pfund Getreide nötig, um 1 Pfund Wein zu erhalten! Erkennen Sie ein Problem? Das ist die einfache Energieerhaltungssatz, der in Kraft tritt – und zwar in chemischen Reaktionen durch Befolgung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Jede biochemische Reaktion ist eine Form der Energieübertragung, und im natürlichen Zustand erfolgt die Energieumwandlung in eine bestimmte Richtung. Wenn man die Umwandlung in die entgegengesetzte Richtung bewirken will, muss man mehr oder weniger zusätzliche Energie aufwenden. Daher stellt sich die Frage, in welcher Energieform dies am besten möglich ist. Genau wie die oben erwähnten Lebensmittel kann man sie neben der Herstellung von Alkohol auch in biobasierte Brennstoffe oder chemische Zwischenprodukte umwandeln. Die Biokatalyse erfordert jedoch große Mengen an Elektrizität – nicht nur ist der Energieverbrauch hoch, auch die Wirtschaftlichkeit ist problematisch. Zudem stellt die Umwandlung in Produkte für industrielle Zwecke eine Bedrohung für die eigene Nahrungssicherheit der Menschen dar. Deshalb ist dieser Produktionsweg nach dem anfänglichen Hype allmählich in Vergessenheit geraten. Und durchlebt die Methanolindustrie in China nicht ebenfalls eine ähnliche Raserei, indem sie blind einige Branchenanwendungen entwickelt, in die sie eigentlich nicht eindringen sollte? Was ist also der beste Weg für die Entwicklung des Methanols? Welche der derzeit beliebten Endanwendungen für Methanol werden in einigen Jahren durch andere, einfachere und günstigere chemische Rohstoffe ersetzt und allmählich verdrängt? Insbesondere auf der Grundlage jener nicht erneuerbaren fossilen Rohstoffe: Öl, Erdgas oder Kohle – aus welchem Rohstoff wird Methanol am wirtschaftlichsten hergestellt? Oftmals können die Signale des Marktangebots und -nachfrages die Märkte in die Irre führen. Der Begriff der Kosten ist immer relativ und veränderlich – insbesondere, da moderne Chemieanlagen immer größer werden. Man versucht bewusst, die Produktionskapazitäten zu erweitern, um die Grenzkosten zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Wenn neue, wettbewerbsfähigere Produkte auf den Markt kommen, werden die alten Märkte überflüssig. Der gesamte Chemiemarkt entwickelt sich ständig weiter. Viele Branchen, die einst blühend waren, sind heute stillgelegt worden. Dennoch gibt es noch einige Bereiche, in denen trotz jahrhundertelanger Entwicklung weiterhin viel Aktivität herrscht. Die allgemeine Regel dabei ist: Nur Diejenigen jenigen Prozesse, die eine optimale Energieeffizienz aufweisen, sind am lebensfähigsten. Denn es können Hunderte von chemischen Reaktionen zur Herstellung eines bestimmten Produkts geben. Wir können die aktuellen Kosten der verschiedenen Rohstoffe vergleichen, um die Vor- und Nachteile der verschiedenen Reaktionswege einzuschätzen. Letztendlich geht es jedoch darum, zu beurteilen, wie viel Energie bei diesem Prozess verbraucht wird und wie hoch die Energiedichte des entstehenden Produkts ist. Das bestimmt direkt die Effizienz der weiteren Verwendung dieses Produkts. Das ist die grundlegende Logik hinter allem. In Europa und Amerika wird zur Messung der Effizienz bei der Nutzung einer bestimmten Energieform in der Regel die Energieneinheit MMBtu verwendet. Diese Aussage hat einen hohen praktischen Wert, denn die Definition von MMBtu lautet: Die Menge an Wärme, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 Pfund reinem Wasser um 1 F zu erhöhen ； In der Energiebranche gibt es dazu ein sehr interessantes Analogie: Der größte Teil der menschlichen Energie wird nämlich durch das „Kochen von Wasser“ gewonnen. Viele Menschen werden das wohl nicht glauben, aber es ist tatsächlich so. Laut den Daten der EIA aus dem Jahr 2012 wird 88 Prozent des Rohöls als Brennstoff verwendet. Nur etwa 12 Prozent dienen als Rohstoffe für die Chemieindustrie – daraus entstehen Textilien, Kunststoffe, Baustoffe sowie Kosmetika, Kleidung, Handys, Elektrogeräte, Rohre und Möbel usw. In jedem alltäglichen Gegenstand um uns herum findet sich somit ein Anteil an Produkten, die aus Erdöl hergestellt wurden. Doch auch bei dieser breiten Anwendung stellt das Erdöl nur einen kleinen Teil des gesamten Energiesystems dar. Der größte Teil des Erdöls wird dazu verwendet, Wasser zum Kochen zu bringen, um Dampf zu erzeugen – oder um Gas zu gewinnen, mit dem Dampf- bzw. Gasturbinen zur Stromerzeugung angetrieben werden können. Zudem wird Erdöl als Brennstoff für Fahrzeuge verwendet. Kurz gesagt, wurden diese Energien ursprünglich von der menschlichen Gesellschaft in Form von Wärmeenergie genutzt. Vergessen Sie die erneuerbaren Energien – in unserem Leben werden ihre Auswirkungen immer begrenzt bleiben. In unserem Land wird beispielsweise immer noch etwa 70 Prozent der Energie aus Kohle gewonnen. In den USA machten im Jahr 2013 die erneuerbaren Energien nur etwa 13 Prozent aus. Im weltweiten Einsatz erneuerbarer Energien machen Solarenergie, Windenergie, Gezeitenenergie usw., bei denen tatsächlich keine Dampf-/Gas-Turbinen zur Stromerzeugung verwendet werden, nur einen sehr kleinen Anteil aus. http://www.cj1.com.cn/d/file/yes/2015-11-29/c7b774472645cdddc630d3e94e9649d1.jpg
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Zurück zum Thema dieses Artikels – Methanol. Gemäß der oben beschriebenen Logik verwenden wir Methanol, um einen Einblick zu gewinnen und die Energieeffizienz seiner downstream-Anwendungen sowie die Energiedichte der Endprodukte zu vergleichen. So können wir herausfinden, welche Rolle Methanol im gesamten Energieverbrauchssystem Chinas spielt – ob das angemessen ist – und wohin sich seine Entwicklung weiter entwickeln wird Bei der Betrachtung der nachgeschalteten Anwendungen von Methanol lässt sich durch einen Vergleich zwischen den ausländischen Anwendungsfällen und der Situation in China feststellen, dass der Anteil des Methanols, der in Formaldehyd, Essigsäure, Methylamin usw. umgewandelt wird, in beiden Fällen ungefähr gleich ist. Zudem ist die Nachfrage relativ stabil. Die Unterschiede ergeben sich hauptsächlich aus der Nachfrage nach Methanol als Kraftstoff sowie nach Dimethylether. Hinzu kommt die kürzlich entstandene starke Nachfrage nach Olefinen im Rahmen des MTO-Verfahrens. All diese Faktoren sind die treibenden Kräfte für das explosionsartige Wachstum der Methanolnachfrage in China. Aber warum gibt es solche Unterschiede? http://www.cj1.com.cn/d/file/yes/2015-11-29/2eb70c7b409b2cd25a246cdc8035e4b4.jpg
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1.1 Dimethylether
Dimethylether wird auch Methylether genannt und abgekürzt als DME bezeichnet. Unter Normaldruck handelt es sich um ein farbloses Gas oder einen komprimierten Flüssigkeit mit einem leicht etherartigen Geruch. Relative Dichte (20°C) 0,666, Schmelzpunkt -141,5°C, Siedepunkt -24,9°C, Dampfdruck bei Raumtemperatur etwa 0,5 MPa, ähnlich wie bei Flüssiggas (LPG). Löst sich in Wasser sowie in verschiedenen organischen Lösungsmitteln wie Alkohol, Äther, Propan und Chloroform. Entzündlich, bei der Verbrennung hat die Flamme einen leichten Glanz, die Verbrennungswärme (im gasförmigen Zustand) beträgt 1455 kJ/mol. Bei Raumtemperatur ist DME inert, es oxidiert sich nicht leicht selbst. Es ist weder korrosiv noch krebserregend. Unter Einfluss von Strahlung oder Wärme kann es jedoch in Methan, Ethan, Formaldehyd usw. zerfallen. http://www.cj1.com.cn/d/file/yes/2015-11-29/7b2baed1d665f6a791d995f48f220475.jpg Als neuartiges Grundchemikalienmaterial hat Dimethylether viele Anwendungsmöglichkeiten. Aufgrund seiner guten Eigenschaften in Bezug auf Komprimierbarkeit, Kondensation und Verdampfung findet Dimethylether weltweit vor allem in der chemischen Industrie – insbesondere in der Pharmaindustrie und bei Pestiziden – zahlreiche Anwendungen. Hochreines Dimethylether kann anstelle von Freon als Treibstoff für Aerosole sowie als Kühlmittel verwendet werden. Dadurch wird die Belastung der Umwelt sowie die Zerstörung der Ozonschicht verringert. Ein Hauptgrund, warum Chinas Bedarf an Dimethylether im Vergleich zu anderen Ländern anders ist, liegt in der Substitution von Brenngas für den zivilen Gebrauch. Aufgrund der monopolartigen Regulierung der Preise für LPG sowie Benzin und Diesel im Inland setzen private Unternehmen große Hoffnungen auf Dimethylether als Ersatz für Brenngase. Tatsächlich wird in China bereits seit zehn Jahren versucht, Dimethylether teilweise mit Diesel zu mischen. Obwohl es keine klaren Vorschriften und Standards dafür gibt, machte die hohe Ölpreislage in der Vergangenheit die Verwendung von Dimethylether als Ersatz für LPG sowie Benzin und Diesel rentabel. Zudem kann Dimethylether als Lastausgleichsgas für das städtische Erdgasnetz sowie als Beimischungsgas für Flüssiggas verwendet werden. Daher ist die Nachfrage nach Dimethylether im Inland deutlich größer als im Ausland. Das Problem ist nun, dass die Herstellung von Dimethan derzeit hauptsächlich aus Erdgas, Kohle oder Koksgas gewonnen wird. Es gibt dabei einen „einschrittigen“ und einen „zweischrittigen“ Prozess – doch in Wirklichkeit muss zunächst Methanol hergestellt werden, das anschließend dehydriert und kondensiert wird, um Dimethan zu erzeugen. Die gesamte Energie, die für die Herstellung von Methanol aus Synthesegas im ersten Schritt benötigt wird, beträgt etwa 46 GJ/kg. Bei der Kondensation von Methanol zu Dimethan entstehen etwa 744 KJ/kg an Wärme. Die Verbrennungsenergie des Methans selbst liegt hingegen bei etwa 19.530 KJ/kg. Es ist also offensichtlich, dass man, um Dimethan mit einer Verbrennungsenergie von etwa 36.120 KJ/kg zu erhalten, durch die Synthese zweier Moleküle Methanol insgesamt bis zu ~50 GJ/kg an Energie verlieren muss. Im Endeffekt unterscheidet sich das Ergebnis kaum von der direkten Verwendung von Methanol als Brennstoff ； Dimethylether, dessen Heizwert nur etwa zwei Drittel des Heizwerts von LPG beträgt, eignet sich ebenfalls nicht als Ersatz für LPG in den Gasleitungsnetzen. LPG ist schließlich ein wichtiger chemischer Rohstoff. Zwar ist die Energiedichte von LPG etwa 2,8-mal höher als die von Erdgas, doch Erdgas ist umweltfreundlicher und praktischer in der Anwendung. In Zukunft wird Erdgas weiterhin die Hauptenergiequelle auf dem Gasmarkt sein – daher hat Dimethylether hier kaum Marktchancen. Falls Dimethan auf dem Markt für Brennstoffe keine Chance erhält und sogar durch andere Rohstoffe ersetzt wird, wird sein Gesamtnachfrageanteil in den zukünftigen Anwendungsgebieten von Methanol weiter abnehmen – das ist eine erkennbare Tendenz. 1.2 Methanol als Brennstoff: In China gibt es zwei Möglichkeiten, Methanol als Brennstoff zu verwenden. Erstens kann es mit Benzin vermischt werden, um Produkte wie M15, M30, M85, M100 usw. herzustellen, die dann an gewöhnlichen Tankstellen verkauft werden. Zweitens kann Methanol direkt in Benzin umgewandelt werden – durch den Prozess MTG. Mit dem Aufkommen der Kohlechemie wird dieser Ansatz immer mehr geschätzt. http://www.cj1.com.cn/d/file/yes/2015-11-29/21a7c30bc2a3532cfa3abfac21e67cc1.jpg Tatsächlich liegt laut den Daten der EIA die Energiedichte von Methanol bei etwa der Hälfte der des Benzins – sie ist somit geringer als die von Ethanol oder Erdgas. Der Vorteil ist eine erhöhte Sauerstoffsättigung sowie eine saubere Verbrennung. Die Nachteile sind hingegen hohe Toxizität und Korrosionsanfälligkeit. 1.2.1 Methanol in Benzin – Methanol, das in Benzin gemischt wird, gilt derzeit im Inland als Ersatzenergie. Im Jahr 2012 gab das Ministerium für Industrie Anweisungen, damit in Regionen wie Shanxi, Shaanxi und Shanghai Pilotprojekte durchgeführt werden sollen. Doch bisher wurde dieses Konzept überall nur mäßig aufgenommen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist ein höherer Anteil an Methanol umso attraktiver – am besten M100. Das Problem ist, dass die größte Herausforderung bei der Mischung von Methanol mit Benzin darin besteht, dass Formaldehyd und Formsäure sowie andere Stoffe, die bei der Verbrennung entstehen, erhebliche Korrosions- und Abnutzungserscheinungen am Motor verursachen. Selbst der Einsatz teurer Korrosionsschutzmittel bringt nur begrenzte Erfolge. Eine Studie des amerikanischen Unternehmens Ford hat ergeben, dass bei der Verwendung von Methanol-Benzin der Eisengehalt in dem Motoröl um das 5,2-fache höher ist als bei der Verwendung von bleifreiem Benzin. Die Hauptprobleme durch die Nutzung von Methanol-Benzin sind Abnutzung und Korrosion der Kolbenringe sowie der Zylinderwände. Zudem weist Methanol eine hohe Verdampfungsenthalpie auf; dadurch kann es nicht richtig verdampfen und gelangt in die Zylinderwände. Dadurch wird die Schmierschicht ausgewaschen, was zu einer Verdünnung des Schmieröls führt. Dies wiederum verursacht erhebliche Reibungsverschleißerscheinungen an den Motorteilen. Die Ergebnisse der RIPP-Studien zeigen außerdem, dass Methanolbenzin die Blei-Zinn-Beschichtung in den Kraftstofftanks von Autos angreift. Die Wasserliebe des Methanols führt dazu, dass bei geringer Wassermenge leicht eine Phasentrennung auftritt, was die Lagerung sowie den normalen Betrieb des Autos beeinträchtigt. Außerdem ist Methanol ein typisches Nervengift, das über die Atemwege, den Magen-Darm-Trakt und die Haut aufgenommen werden kann. Es schädigt die Schleimhäute der Atemwege sowie die Sehkraft. Am stärksten wirkt es auf das Nervensystem und das Blutsystem des Menschen. Die Entwicklung und Anwendung von Methanolkraftstoff begann im Ausland in den 1970er Jahren während der zweiten Ölkrise. Aus Sicht alternativer Energien haben Länder wie Deutschland, die USA und Japan Forschungen zu Methanolkraftstoff sowie zu den damit verbundenen Technologien für Methanolkraftfahrzeuge durchgeführt. Bereits in den 1970er Jahren konzentrierte sich die USA auf die Entwicklung von Fahrzeugen, die mit Methanol als Kraftstoff betrieben werden konnten – insbesondere Modellreihen wie M85 und M100. Doch laut Statistiken nahm ab dem Jahr 1998 sowohl die Anzahl der Fahrzeuge, die mit Methanol betrieben werden konnten, als auch die Menge an Methanol als Kraftstoff ab. Dies hatte verschiedene Gründe. Die Nachteile von Methanol als Kraftstoff für Fahrzeuge – insbesondere seine Toxizität – machen es in den USA, wo auf Gesundheit, Sicherheit und Lebensqualität großen Wert gelegt wird, unpopulär. Zudem sind alternative Kraftstoffe wie LNG und Elektrizität sicherer und umweltfreundlicher, wodurch Methanol als Alternative allmählich in Vergessenheit gerät. Außerdem lehnen die Automobilhersteller in den USA und Japan weiterhin die Zugabe von Methanol zum Benzin ab. In den US-Standard für bleifreies Kraftstoff für Fahrzeuge, ASTM 4814, ist vorgeschrieben, dass der Methanolgehalt maximal 0,3 Vol.% betragen darf. In den „Weltweiten Kraftstoffvorschriften“, die im Dezember 1998 gemeinsam von der Organisation der Weltautomobilhersteller veröffentlicht wurden, wird gefordert, dass „Methanol nicht verwendet werden darf“. Selbst in Europa, obwohl die Verordnung 85/536/EEC vorsieht, dass Benzin bis zu 3 % Methanol enthalten darf, zeigen Statistiken, dass tatsächlich nur weniger als 0,1–0,5 % Methanol in das Kraftstoffgemisch gegeben wird. Da die derzeitige Technologie das Problem der Metallkorrosion durch Methanol-Benzin noch nicht gut lösen kann, geben Automobilhersteller wie General Motors und Ford in ihren Bedienungsanleitungen ausdrücklich an, dass Schäden an Fahrzeugen, die mit Methanol-Benzin betrieben werden, nicht unter die Garantie fallen. In einigen Regionen des Landes werden Experimente mit der Mischung von Methanol in andere Kraftstoffe durchgeführt. Der Hauptgrund dafür ist der Druck durch hohe Ölpreise in den letzten Jahren. Insbesondere in Gebieten, in denen viel Kohle abgebaut wird, gibt es Anreize, Methanol auf dem Markt zu etablieren. Angesichts der oben genannten Analyse ausländischer Erfahrungen ist es unwahrscheinlich, dass das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie in den kommenden Jahren einer Erweiterung des Pilotprogramms zustimmen wird. Zudem könnte der Anteil von Methanol auf dem aktuellen Niveau von 15–85 % begrenzt bleiben. Damit wird die Gesamtmenge an Methanol im gesamten Pilotmarkt nicht zunehmen – im Gegenteil: Mit der zunehmenden Verwendung von Erdgas wird dieser Markt in Zukunft weiter schrumpfen. 1.2.2 Die Herstellung von Benzin aus Methanol, also MTGMTG, hat sich in den letzten Jahren mit dem Aufkommen der Kohlechemie weiterentwickelt. Technisch gesehen handelt es sich dabei um einen recht ausgereiften Ansatz. Wenn man streng nach der Herkunft des Kohlestoffs unterscheidet, gibt es eigentlich zwei Arten. Erstens ist da die direkte Verflüssigung von Kohle zur Herstellung von Benzin und Diesel. Dieser Prozess beruht auf der Fischer-Tropsch-Synthese mit Synthesegas. Für diesen Prozess sind hohe Anforderungen an die Qualität des Kohlestoffs erforderlich: Der Aschengehalt der Kohle sollte in der Regel unter 5 % liegen. Zudem muss die Kohle gut verarbeitbar sein. Je niedriger der Gehalt an Spurenelementen wie Schwefel und Stickstoff ist, desto besser. Der Energieverbrauch ist außerdem hoch – das begrenzt die Anwendung dieses Verfahrens im Inland ； Eine weitere Methode ist die indirekte Verflüssigung: Zuerst wird aus Kohle oder Erdgas Methanol hergestellt, anschließend daraus Benzin. Dieser Prozess erfordert keine hohen Anforderungen an die Kohquellen, und die Größe der Anlagen kann flexibel gewählt werden. Selbst in küstennahen Gebieten, die weit entfernt von den Kohleabbaugebieten liegen, ist es möglich, Benzin herzustellen – vorausgesetzt, man kann importiertes Methanol beschaffen. Deshalb ist diese Methode im Inland sehr beliebt. Im MTG-Reaktionsprozess wird zunächst Methanol entwässert, wodurch Dimethan entsteht. Anschließend werden Methanol, Dimethan und Wasser unter Wirkung eines Katalysators in leichte Olefine (C2–C4) umgewandelt. Danach erfolgt weitere Addition, wodurch Olefine mit längeren Ketten, n- bzw. isomere Paraffine, Aromaten sowie Cycloalkane entstehen. Im Allgemeinen beträgt der Rohstoffverbrauch 2,5 Tonnen Methanol pro Tonne Benzin. Die bei dem Prozess freigesetzte Energie beträgt 1,74 MJ/kg. Die externe Energiezufuhr liegt bei etwa 360 KJ/mol. Tatsächlich entspricht die Energiedichte des Methanols bereits der Hälfte derjenigen des Benzins. Um das endgültige Produkt in Form von Benzin zu erhalten, ist eine Energiemenge erforderlich, die 16-mal so hoch ist wie die des Methanols. Wenn man berücksichtigt, dass im MTG-Benzin auch ein hoher Anteil an Tetramethylbenzol enthalten ist, ist zur Reduzierung dieses Anteils eine Hydrierung erforderlich, um die Qualität des Öls zu verbessern – dadurch steigen die Energiekosten weiter an. Aus Sicht der Energieeffizienz ist die MTG-Technologie also nach wie vor unwirtschaftlich. Theoretisch sollte man sie nur in Betracht ziehen, wenn die Ölpreise hoch sind und es einen Überschuss an Methanol gibt – dann könnte sie als Ergänzung zum Benzin verwendet werden. 1.3 Die Herstellung von Olefinen aus Methanol – MTOMTO – hat sich, genauso wie MTG, im Zuge des Aufstiegs der Kohlechemie in den letzten Jahren entwickelt. **Nachdem die Projekte Shenhua Baotou MTO, Ningmei MTP sowie Datang Dolun MTP nacheinander in Betrieb genommen wurden, konnten auch andere Regionen der Versuchung nicht widerstehen, bei hohen Ölpreisen enorme Gewinne aus Polyolefinen zu erzielen. Viele Orte errichteten ähnliche Anlagen – sogar einige Gebiete, die keine Kohleproduzenten sind, importierten Methanol, um MTO-Anlagen betreiben zu können. Sie konnten es kaum erwarten, bis die Abschlussberichte zu den drei ursprünglichen **Vorzeigeprojekten** vorlagen. Bis jetzt wurden solche Zusammenfassungsberichte jedoch nicht veröffentlicht. Es gibt jedoch bereits ein Zeichen dafür, dass **die entsprechenden Zulassungsvoraussetzungen bereits verschärft werden und die Hürden erhöht werden.** Zum Beispiel entsprechen die Anforderungen an moderne Demonstrationsprojekte in der Kohlechemie gemäß dem 12. Fünfjahresplan einer Energieumwandlungsrate von mindestens 40 %, einem Kohverbrauch von maximal 5,3 Tonnen pro Tonne Olefinen (in Standardkohle umgerechnet) sowie einem Verbrauch von maximal 4 Tonnen Frischwasser pro Tonne Standardkohle ； Wenn ein fortschrittliches Niveau erreicht werden soll, muss die Effizienz bei der Energieumwandlung mindestens 44 % betragen. Der Kohverbrauch pro Tonne Olefin darf 5 Tonnen (in Standardkohle umgerechnet) nicht überschreiten. Zudem darf der Verbrauch an Frischwasser pro Tonne Standardkohle 3 Tonnen nicht überschreiten. Ich weiß nicht, auf welchem Niveau Shenhua steht – vermutlich hat man das fortschrittliche Niveau noch nicht erreicht, sonst würde man das sicherlich erwähnen. Allerdings beträgt der Wirkungsgrad bei der modernen Stromerzeugung durch Kohleverbrennung etwa 40–45 %. Bei IGCC soll ein noch höherer Wirkungsgrad von rund 50 % erreicht werden. Daher **muss der Energieumwandlungswirkungsgrad in der Kohlechemie mindestens dem der thermischen Stromerzeugung entsprechen. Schauen wir uns also an, ob das tatsächlich der Fall ist.** Wenn man den derzeit beliebtesten CTO-Prozessanalyseansatz verwendet, ist der gesamte Prozess in drei Phasen unterteilt: Gasifizierung zur Herstellung von Synthesegas (000968, Stockforum), Herstellung von Methanol aus dem Synthesegas sowie Herstellung von Olefinen aus Methanol – also MTO. Im Allgemeinen liegt bei dem aktuellen Stand der Technologie das Verhältnis bei etwa 2,7:1 für die Herstellung von Methanol aus Kohle; anschließend beträgt das Verhältnis bei der Herstellung von Olefinen aus Methanol etwa 3:1. Die Heizwert von 1 kg Standardkohle beträgt 29.306 KJ, bei Methanol liegt er bei 19.530 KJ/kg. Bei Polyolefinen liegt der Wert bei etwa 40.000 KJ/kg – das ist vergleichbar mit dem Wert von Kraftstoffen. Bei einer Analyse einer Olefinanlage mit einer Kapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr beträgt die Energieumwandlungsrate in der ersten Stufe etwa 45 %, in der zweiten Stufe etwa 70–80 %. Für den gesamten Prozess liegt sie bei rund 30 %. Rein hinsichtlich der Effizienz ist also auch das CTO/MTO-Verfahren ein Verfahren mit hohem Energieverbrauch und niedriger Energieumwandlungsrate. Wenn man jedoch die Energiedichte des Endprodukts berücksichtigt und vergleicht, wird ein Unterschied deutlich: Schließlich dienen Polyolefine nicht dazu, zur Stromerzeugung verbrannt zu werden oder dem Benzin zugesetzt zu werden, um Autos anzutreiben; ihre Hauptfunktion besteht darin, zu verschiedensten Produkten verarbeitet zu werden, die im täglichen Leben der Menschen Verwendung finden. Der größte Unterschied zwischen der chemischen und der Energieerzeugung besteht darin, dass bei der Energieerzeugung die thermische Entropie letztendlich verbrannt wird, um Energie freizusetzen, während bei der chemischen Produktion der größte Teil der thermischen Entropie des Endprodukts in diesem verbleibt. Aus dieser Sicht ist es in der chemischen Industrie möglich, so viel wie möglich Ressourcen zu recyceln. Auch wenn die Energieumwandlungsrate im gesamten Lebenszyklus nicht hoch ist, ist es dennoch möglich, Energie zu sparen. Zwar geht bei jedem Prozess weiterhin 20–30 % der Energie verloren, aber das ist immer noch besser, als die Energie direkt in CO2 und H2O umzuwandeln – anschließend wäre es nämlich sehr schwierig, wieder zu Alkanen zurückzukehren. Da die Energiedichte von Chemikalien nicht gering ist und ihre Energielebensdauer im Vergleich zu Kraftstoffen wie Benzin länger ist, scheint eine pauschale Ablehnung der Aussichten für MTO nicht einfach zu sein. Doch es gibt zwei weitere entscheidende Faktoren, die die Entwicklung dieses Verfahrens beeinträchtigen: Der Wettbewerb bei der Herstellung von Methanol aus Erdgas sowie anschließend von Olefinen – und schließlich: Wie groß ist eigentlich die Nachfrage nach Polyolefinen auf dem inländischen Markt? Was den Bedarf an Polyolefinen angeht, so berücksichtigt man dabei in erster Linie die enorme Bevölkerungszahl Chinas. Viele Branchenexperten zitieren oft die folgende Tabelle, um zu belegen, dass auf dem inländischen Markt für Polyolefine noch viel Wachstumspotenzial vorhanden ist. Aber stimmt das wirklich? Polyolefine sind letztendlich keine strategischen Rohstoffe. China muss daher nicht, um eine 100-prozentige Selbstversorgung mit Polyolen zu erreichen, ungeachtet der energetischen Realitäten weiterhin große Ethylenanlagen errichten. Es ist auch eine gute Option, billige Polyolen aus dem Ausland zu importieren – dadurch kann der Druck auf die inländische Energieversorgung verringert und die Umweltbelastung gesenkt werden ； Zudem hat der Inlandsverbrauch an Polyolefinen mittlerweile das weltweite Durchschnittsniveau erreicht. Es ist unrealistisch zu erwarten, dass das Pro-Kopf-Verbrauchsniveau an Polyolefinen in China dem in den USA entspricht. Aus den beiden folgenden Diagrammen geht hervor, dass China wohl noch für eine lange Zeit einen Energieverbrauch pro Einheit des BIP auf dem Niveau der entwickelten Länder haben wird. Der Unterschied im Pro-Kopf-BIP bleibt jedoch im Wesentlichen unverändert – das bedeutet, dass der Pro-Kopf-Verbrauch an Chemikalien niemals das Niveau der entwickelten Länder erreichen wird, höchstens das weltweite Durchschnittsniveau. Zusammenfassend lässt sich sagen: Das Wachstumspotenzial des Polyolefinmarktes ist nicht so groß, wie man denkt! 1. Auswahl der Vorprodukte für die Methanolherstellung: Aus Sicht der chemischen Reaktionswege sind es hauptsächlich Synthesegas (CO2, CO und H2) oder CH4, das zur Methanolherstellung verwendet wird. Ersteres wird hauptsächlich aus Kohle gewonnen, letzteres stammt aus Erdgas oder Schiefergas. Viele Artikel haben bereits aus Sicht der Kosten usw. Schlussfolgerungen darüber abgegeben, was besser ist; hier wird weiterhin aus der Perspektive der Energieeffizienz erläutert. Methanol aus Kohle wird in einem Gaskocher in Wasserstoff-Kohlenmonoxid umgewandelt, anschließend wird im Umwandlungsofen das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff angepasst, um schließlich im Syntheseturm Methanol herzustellen ； Die Herstellung von Methanol aus Erdgas erfolgt, indem CH4 in einen Umwandlungsofen eingeleitet wird, um Synthesegas zu erzeugen, das anschließend in einem Syntheseturm zu Methanol verarbeitet wird. Egal ob es sich um Kohlegas, Gaskohlenstoffisierung, Kokereigas oder Erdgas handelt – im Grunde wird Methanol immer aus Synthesegas hergestellt, das CO2, H2O, CO und H2 enthält. Der Unterschied liegt lediglich in der Anpassung des Wasserstoff-Carbon-Verhältnisses vor dem Umwandlungsprozess. Theoretisch sind für die Herstellung von 1 t Methanol mindestens ~23 GJ an Energie erforderlich. Bei der Herstellung von Methanol aus traditionellem Erdgas beträgt der Energieverbrauch 29–31 GJ. Da bei der Herstellung von Methanol aus Kohle kein häufiger Anpassungsbedarf des Wasserstoff-Carbon-Verhältnisses besteht, ist der Energieverbrauch etwas geringer – nämlich 28–29 GJ. Somit ist der Unterschied zwischen den beiden Methoden nicht groß. Angesichts des Mangels an Erdgasressourcen in unserem Land wird in Zukunft ein großer Import erforderlich sein. Da Erdgas außerdem ein sauberes Brennstoff ist, das hauptsächlich zur Versorgung der Städte verwendet wird, hat die **Entwicklungs- und Reformkommission im August 2007 die „Politik zur Nutzung von Erdgas“ erlassen. Darin wird die Verwendung von Erdgas zur Herstellung von Methanol verboten, ebenso wie die Verwendung davon zur Herstellung von Ammoniak, Acetylen oder Chlormethan. Die Variablen des Erdgases stammen aus dem Ausland. Aufgrund des reichen Gasmangels im Nahen Osten und in Nordamerika sowie der schwierigen Transportbedingungen von Gas ist es logisch, Gas in andere flüssige oder feste Chemikalien umzuwandeln. Dabei wird nur wenig Energie verbraucht, und die erzeugten Produkte weisen eine hohe Energiedichte auf – was sie für den Ferntransport geeignet macht. Bei dem aktuellen technologischen Stand ist Methanol die beste Wahl. Natürlich erforscht die USA weiterhin, ob es möglich ist, dass CH4 direkt zu Olefinen reagiert, ohne den Schritt der Zersetzung in Synthesegas und anschließende Umwandlung in Methanol. Das wäre eine weitere Revolution für die Chemieindustrie! Denn die Verringerung der Reaktionsschritte bedeutet eine geringere Energieverluste. Zudem hat Polyolefin eine doppelt so hohe Energiedichte wie Methanol. Außerdem eignen sich Feststoffe besser zum Transport. Deshalb werden in Zukunft nicht mehr Methanol, sondern Polyolefine verschiedener Sorten aus dem Ausland per Schiff importiert! In jüngster Zeit zeichnen sich erste Anzeichen ab: Das kleine US-amerikanische Ingenieurbüro Siluria veranstaltete in seiner Versuchsanlage in Texas eine feierliche Inbetriebnahmezeremonie. Damit wurde es das weltweit erste Unternehmen, das die direkte, industrielle und großskalige Umwandlung von Erdgas in Ethylen bewerkstelligen konnte. Darüber hinaus wurden die Geschäftsführer von Siluria eingeladen, mit dem US-Energieministerium über zukünftige Energiepolitik der Vereinigten Staaten zu sprechen. Die USA haben erkannt, welchen strategischen Wert dieser neue Weg für ihre Energie- und Fertigungsindustrie haben könnte, und erwägen nun, politische Maßnahmen zu ergreifen, um die weitere Entwicklung dieser Branche zu fördern. Laut den Daten der IEA aus dem Jahr 2012 besteht die Nachfrage nach Erdgas in den USA hauptsächlich aus dem Bereich der Stromerzeugung und zur Wärmeerzeugung. In Bezug auf die Energiemenge macht das 77 Prozent des gesamten Energieverbrauchs aus – das entspricht etwa 21.339.716 TJ. Für industrielle Zwecke wird nur 17 Prozent des Erdgases verwendet; dazu gehören auch Bedarfe im Produktionsprozess zur Erwärmung. Nicht alles wird dabei für chemische Umwandlungen zu anderen Chemikalien verwendet. Wenn man die Veränderungen im Verbrauch von Erdgas in der amerikanischen Industrie in den letzten Jahren analysiert, zeigen die Daten der EIA, dass diese Entwicklung nicht besonders ausgeprägt ist. Das deutet darauf hin, dass in den USA weiterhin eine vorsichtige Haltung gegenüber dem Einsatz von Methan herrscht. Methan wird hauptsächlich zur Erzeugung von Strom und Wärme verwendet – und nicht dazu, Methanol herzustellen, das anschließend durch MTO in Polyolefine umgewandelt werden könnte. Dabei haben die USA zwar überlegene Vorteile durch ihre Schiefergasvorkommen. http://www.cj1.com.cn/d/file/yes/2015-11-29/81afec1fe9a667e1f66e4c03f6362b13.jpg
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3. Fazit: Insgesamt sind die Nachfragen nach Methanol weltweit im Großen und Ganzen stabil. Die Wachstumsraten liegen im einstelligen Bereich – das reicht nicht aus, um eine rasante Zunahme der neuen Methanolproduktionskapazitäten zu ermöglichen ； Es ist weder realistisch noch durchführbar, auf Durchbrüche beim Methanol als Brennstoffersatz zu hoffen und damit das Energiemodell Chinas zu verändern. Derzeit scheint es so, als hätten nur CTO/MTO noch etwas Lebenskraft, aber das ist immer noch nicht sicher. In den alten chinesischen Kriegskunstbüchern heißt es: „Umzingelt man drei Quellen, bleibt eine übrig.“ Bevor diese Länder bessere Träger für Energie finden, benötigen sie den riesigen chinesischen Markt, um den überschüssigen Erdgasbedarf zu bewältigen. Der Export von Methanol ist dabei die „übrig gebliebene Quelle“. Sie selbst bauen kaum neue MTO-Anlagen – offensichtlich sind sie zuversichtlich, dass es neben LNG und Methanol bessere Möglichkeiten gibt, Methan zu exportieren. Eine solche Möglichkeit ist in Zukunft der direkte Aufwand von Methan in Ethylen. Wenn Methanol dann seinen Status als Brücke zwischen Energie und der Chemieindustrie verloren hat – wie viel Spielraum bleibt dann noch für Fantasien? Ob das Geld, das in die „größten Projekte der Geschichte“ investiert wurde, jemals zurückgeholt werden kann, ist weiterhin ungewiss. Deshalb sollte in einem Markt, der derzeit so blühend ist wie der CTO/MTO-Markt, jemand auftreten und Wasser auf die Mühlen gießen: Die Methanolindustrie in China steht tatsächlich am Abgrund! Referenzen:
1. Jiang Yunfeng, Deng Shuping: Technische und wirtschaftliche Analyse von Verfahren zur Herstellung von Benzin aus Methanol. Chemische Industrie, 2010(29).
2. Huang Qing, Luo Laitao: Aktueller Stand sowie wirtschaftliche Analyse der Syntheseverfahren für Methanol und Dimethylether. Saubere Kohletechnologien, 2006,12(4).
3. Wang Ying, Ren Shixuan et al.: Energieverbrauch bei der Herstellung von Methanol aus Erdgas. Angewandte Chemieindustrie, 2003,32(3).
4. Tang Hongqing: Es ist notwendig, die Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus Kohle weiterzuentwickeln. Verbesserungen in der Düngemittelherstellung, 2011(4).
5. Aligoli Amir Nazmi Afshar: Chemical Profile: Methanol, 2011.
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