تحليل شامل لسلسلة صناعة الميثانول في الصين: على حافة الهاوية!

Thread Content

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة yinkuilin6868 في تاريخ 18-11-2015 الساعة 10:20. تحليل شامل لسلسلة إنتاج الميثانول في الصين: وصلت إلى حافة الهاوية! مقدمة: في كثير من الأحيان، قد تؤدي إشارات العرض والطلب في السوق إلى تضليله، ومفهوم التكلفة نسبي ومتغير. وبناءً عليه، دعونا نرى ما هو مكان الميثانول في الصين ضمن نظام استخدام الطاقة بأكمله، وهل هذا المكان معقول، وإلى أين ستتجه تطوراته؟ يقال إن هناك شخصًا لديه بعض الأفدنة من الأرض، وفي البداية زرع فيها المحاصيل الغذائية، وكانت المحاصيل تصل كل عام إلى ألف جنيه تقريبًا. وبفضل ذلك، كان بإمكانه تلبية احتياجات أسرته من الطعام، بالإضافة إلى الحصول على بعض الفائض، وكانت حياته مستقرة ومريحة. عندما رأى الأصدقاء أنه لا يستطيع استهلاك كل حبوبه، قدموا له نصيحة، وأخبروه بأنه يمكنه استخدام تلك الحبوب في صنع الخمر، فهو أفضل بكثير من الماء؛ يمكن شربه أثناء تناول الطعام، فهو منعش ولذيذ، كما أنه يعطي إحساسًا وكأن الشخص يطير في السماء. تأثرت هذه العائلة، فقامت بتحويل كل الحبوب المتبقية لديها إلى خمر. وعند تذوقه، أدركوا أنه مخدر حقيقي. لذلك في السنة التالية، قامت العائلة بتحويل المزيد من الحبوب إلى خمر، وعاشوا في سعادة بفضل هذا الخمر الرائع. وأخيرًا، جاء يوم اكتشف فيه أفراد العائلة أن كمية الطعام المتراكمة، والتي كانت كافية لسنة كاملة، لم تعد كافية. واضطروا إلى شرب الخمر وهم جائعون، وهكذا تحول الخمر اللذيذ إلى خمر مرير. ما السبب في ذلك؟ في السابق، مهما تنوعت طرق تناول الحبوب مثل الأرز وكعكة الأرز والدقيق، فإنها كانت في النهاية أرزًا. أما إذا أردنا تحويل الأرز إلى خمر، فإنه يتطلب 3 أرطال من الحبوب للحصول على رطل واحد من الخمر! هل لاحظت أي مشكلة؟ هذا هو تطبيق قانون حفظ الطاقة البسيط، والذي يتجلى في التفاعلات الكيميائية من خلال الالتزام بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية. أي تفاعل كيميائي حيوي هو في الحقيقة نوع من نقل الطاقة، وفي الظروف الطبيعية، يكون تحويل الطاقة في اتجاه معين. وإذا أردنا تحويل الطاقة في الاتجاه المعاكس، فإن ذلك يتطلب استخدام طاقة إضافية، سواء كانت كمية كبيرة أو صغيرة. لذلك، يظل هناك سؤال حول أي شكل من أشكال الطاقة هو الأمثل. وكما ذُكر سابقًا بالنسبة للحبوب، فبالإضافة إلى استخدامها في صناعة الخمور، يمكن أيضًا تحويلها إلى وقود أحيائي أو مواد وسيطة كيميائية. لكن صناعة الكيماويات الأحيائية تتطلب كميات هائلة من الطاقة الكهربائية، وبالإضافة إلى ارتفاع تكلفة الطاقة، فإن الجانب الاقتصادي يشكل مشكلة أيضًا. وعلاوة على ذلك، فإن تحويل كميات كبيرة من الحبوب لتلبية الاحتياجات الصناعية يشكل تهديدًا لأمن الغذاء البشري. لذلك، بعد الضجة الأولية التي حدثت حول هذه الطريقة، بدأت هذه الطريقة في الاختفاء تدريجيًا. فهل يمر قطاع الميثانول في الصين أيضًا بجنون مماثل، من خلال التوسع الأعمى في تطبيقات في مجالات لا ينبغي دخولها؟ فما هو أفضل مسار لتطوير الميثانول؟ أي من التطبيقات الشائعة للميثانول حاليًا ستُستبدل تدريجيًا بعد سنوات قليلة بمواد كيميائية أخرى أبسط وأقل تكلفة، مما يؤدي إلى اختفائها؟ خاصةً بناءً على تلك المواد الأحفورية غير المتجددة: النفط، والغاز الطبيعي، أو الفحم، أي من هذه المواد يُستخدم في إنتاج الميثانول بأقل تكلفة؟ في كثير من الأحيان، قد تؤدي إشارات العرض والطلب في السوق إلى تضليله، فمفهوم التكلفة نسبي ومتغير، خاصة مع تزايد حجم المنشآت الكيميائية الحديثة، حيث يتم توسيع القدرات الإنتاجية عمدًا لخفض التكاليف الهامشية وزيادة القدرة التنافسية. وعند ظهور منتجات جديدة أكثر تنافسية، فإن الأسواق القديمة تُزاح من مكانها، وهكذا يستمر سوق المواد الكيميائية في التطور باستمرار. هناك العديد من الصناعات التي كانت مزدهرة في الماضي، لكنها الآن في حالة سكون، لكن لا تزال هناك بعض الصناعات التي تظل نشطة رغم مرور مئات السنين عليها. القاعدة العامة هي أن العمليات التي تتم وفقًا لأفضل معايير كفاءة استخدام الطاقة هي الأكثر فعالية، لأن هناك مئات الطرق الممكنة لإنتاج منتج معين. يمكننا مقارنة تكاليف المواد الخام في الوقت الحالي لتقييم مزايا وعيوب كل طريقة، لكن في النهاية، يجب مقارنة كمية الطاقة المستخدمة في كل طريقة، بالإضافة إلى كثافة الطاقة المتبقية في المنتج الناتج، وهذا يحدد بشكل مباشر كفاءة استخدام هذا المنتج في المستقبل. هذه هي القاعدة الأساسية التي يجب اتباعها. في أوروبا وأمريكا، يتم عادةً استخدام وحدة الطاقة الحرارية MMBtu لقياس مستوى كفاءة استخدام نوع معين من مصادر الطاقة. لهذا القول قيمة عملية كبيرة، لأن تعريف وحدة MMBtu هو: كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة رطل واحد من الماء النقي بمقدار 1 درجة فهرنهايت ； يوجد تشبيه مثير للاهتمام في مجال الطاقة، وهو أن معظم طاقة البشرية يتم الحصول عليها عن طريق “غلي الماء”. ربما لا يصدق معظم الناس ذلك، لكنه في الواقع حقيقة. ووفقًا لبيانات وكالة EIA لعام 2012، يتم استخدام 88% من النفط الخام كوقود، بينما يُستخدم حوالي 12% فقط كمواد خام في الصناعات الكيميائية، لإنتاج مواد للنسيج والبلاستيك ومواد البناء، بالإضافة إلى منتجات التجميل والملابس والهواتف المحمولة والأجهزة الكهربائية والأنابيب والأثاث وغيرها. يمكن العثور على مكونات النفط الكيميائي في أي منتج شائع حولنا. لكن رغم هذا الاستخدام الواسع، فإنه لا يشكل سوى جزء صغير من إجمالي استخدامات الطاقة؛ حيث يتم استخدام جزء كبير من النفط في “غلي الماء” لإنتاج البخار، أو في تحويله إلى غاز لتشغيل التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء، أو كوقود لتشغيل وسائل النقل. باختصار، تم استغلال هذه الطاقات في البداية من قبل المجتمع البشري في شكل طاقة حرارية. انسوا مصادر الطاقة المتجددة، فخلال حياتنا سيظل دورها محدودًا؛ فعلى سبيل المثال، يأتي 70% من إنتاج الكهرباء في بلادنا من الفحم، أما في الولايات المتحدة، فقد شكلت مصادر الطاقة المتجددة نحو 13% فقط من إجمالي الطاقة المستخدمة في عام 2013. فيما يتعلق باستخدام مصادر الطاقة المتجددة على مستوى العالم، فإن الطاقة الشمسية والطاقة الريحية وطاقة المد والجزر، وغيرها من المصادر التي لا تُستخدم في توليد الطاقة عبر التوربينات البخارية أو الغازية، تشكل نسبة صغيرة جدًا. لنعد إلى موضوع هذا المقال: الميثانول. وفقًا للمنطق المذكور أعلاه، اخترنا الميثانول كمثال لتحليل كفاءة استخدام الطاقة في التطبيقات المختلفة له، بالإضافة إلى تحليل كثافة الطاقة في المنتجات النهائية. وذلك لمعرفة مكانة الميثانول في نظام استخدام الطاقة في الصين، وما إذا كان ذلك منطقيًا أم لا، وإلى أين ستتجه تطوراته في المستقبل؟ ١. خيارات التطبيقات النهائية للميثانول: عند مقارنة حالة استخدام الميثانول في الخارج بالوضع في بلادنا، يتضح أن نسبة تحويل الميثانول إلى فورمالديهايد وخلات الأسيتيك وغيرها متشابهة إلى حد كبير، كما أن الطلب عليها مستقر نسبيًا. أما الفروقات الرئيسية فتكمن في الطلب على وقود الميثانول والديميثيل إيثر، بالإضافة إلى الطلب المتزايد مؤخرًا على الأوليفينات في عمليات MTO. وهذه العوامل هي التي تدفع بالطلب على الميثانول إلى النمو بشكل كبير في الصين. لكن، لماذا يوجد هذا الاختلاف؟ 1.1 دايميثيل إيثر: يُعرف دايميثيل إيثر أيضًا باسم ميثيل إيثر، ويُختصر اسمه بـ DME. في الضغط الجوي العادي، يكون عبارة عن غاز عديم اللون أو سائل مضغوط، وله رائحة خفيفة تشبه رائحة الإيثر. الكثافة النسبية (عند 20 درجة مئوية) هي 0.666، ونقطة الانصهار -141.5 درجة مئوية، أما نقطة الغليان فهي -24.9 درجة مئوية. وضغط البخار عند درجة حرارة الغرفة يبلغ حوالي 0.5 ميجا باسكال، وهو ما يشبه خصائص غاز البترول المسال (LPG). يذوب في الماء وكذلك في الكحول، والإيثر، والبروبان، والكلوروفورم وغيرها من المذيبات العضوية. قابل للاشتعال، وتكون لهليب الاحتراق لمعان خفيف عند الاشتعال، وطاقة الاحتراق (في الحالة الغازية) هي 1455 كجول/مول. في درجة الحرارة العادية، يكون DME غير نشط كيميائيًا، ولا يتأكسد بسهولة، كما أنه لا يسبب التآكل ولا هو مسرطن. لكن تحت تأثير الإشعاع أو الحرارة، يمكن أن يتحلل إلى الميثان والإيثان والفورمالديهايد وغيرها. كمادة كيميائية أساسية ناشئة، للديميثيل إيثر استخدامات عديدة. وبفضل خصائصه الممتازة من حيث القابلية للضغط والتكثيف والتبخر، يُستخدم الديميثيل إيثر على نطاق دولي في العديد من التطبيقات في الصناعات الكيميائية مثل صناعة الأدوية والمبيدات الزراعية. فالديميثيل إيثر ذو النقاء العالي يمكن أن يحل محل مركبات الفريون كمادة للاستخدام في رذاذات الأيروسولات ومواد التبريد، مما يقلل من التلوث البيئي وتدمير طبقة الأوزون. أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الطلب على الديميثيل إيثر في الصين مختلفًا عنه في الدول الأخرى، هو استخدامه كبديل لغاز الوقود المستخدم في الأغراض المدنية. نظرًا للرقابة الاحتكارية على أسعار الغاز الطبيعي المسال والبنزين والديزل في الداخل، فإن الشركات الخاصة تعلق آمالًا كبيرة على استخدام الديميثيل إيثر كبديل للوقود. في الواقع، بدأ استخدام الديميثيل إيثر في خلطه مع الديزل في البلاد منذ 10 سنوات، وعلى الرغم من عدم وجود لوائح أو معايير واضحة، إلا أن ارتفاع أسعار الوقود في الماضي جعل استخدام الديميثيل إيثر كبديل للغاز الطبيعي المسال والبنزين والديزل أمرًا مربحًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الديميثيل إيثر كغاز لتعديل مستوى الضغط في شبكات الغاز الطبيعي في المدن، كما يمكن استخدامه في خلط الغاز المسال، ولذلك فإن الطلب على الديميثيل إيثر في الداخل أكبر بكثير منه في الخارج. المشكلة الحالية هي أن تصنيع ثنائي ميثيل الإيثر يتم حاليًا بشكل أساسي من خلال الغاز الطبيعي أو الفحم أو غاز الأفران، وهناك طريقتان للتصنيع: “الطريقة الواحدة” و“الطريقة المكونة من خطوتين”. لكن في الواقع، يجب أولاً إنتاج الميثانول، ثم يتم تحويل الميثانول إلى ثنائي ميثيل الإيثر عن طريق إزالة الماء منه. يبلغ متوسط استهلاك الطاقة اللازم لتحويل غاز التخليق إلى ميثانول في المرحلة الأولى حوالي 46 جيجا جول/كغ، أما عملية تكوين دايميثيل إيثر من خلال تفاعل الميثانول فهي تُطلق حوالي 744 كيلو جول/كغ من الطاقة. أما درجة حرارة الاحتراق للميثانول نفسه فهي تبلغ حوالي 19530 كيلو جول/كغ. ومن الواضح إذًا أنه، من أجل الحصول على دايميثيل إيثر الذي تبلغ درجة حرارة احتراقه حوالي 36120 كيلو جول/كغ، يلزم استهلاك ما يقارب 50 جيجا جول/كغ من الطاقة خلال عملية تحويل مادتين من الميثانول. والنتيجة النهائية هي أن الفائدة المستخلصة من هذه العملية لا تختلف كثيرًا عن استخدام الميثانول كوقود مباشر ； نظرًا لأن قيمة الطاقة في الديميثيل إيثر تبلغ حوالي 2/3 من قيمتها في الـ LPG، فإن استخدامه كبديل للـ LPG في شبكات توزيع الغاز ليس أمرًا مستحبًا. فالـ LPG يُعتبر مادة خام مهمة في الصناعات الكيميائية، وعلى الرغم من أن كثافة طاقته أعلى بحوالي 2.8 مرة من كثافة طاقة الغاز الطبيعي، إلا أن الغاز الطبيعي أكثر نظافة وصديقًا للبيئة، كما أنه أسهل في الاستخدام. لذلك، سيظل الغاز الطبيعي هو المادة الرئيسية في سوق الغاز في المستقبل، وبالتالي لا يوجد سوق كبير للديميثيل إيثر في هذا المجال. إذا لم يتمكن الديميثيل إيثر من تحقيق مكانة في سوق بدائل الوقود، بل وحتى إذا تم استبداله بمواد أخرى، فإن نسبة الطلب عليه ستنخفض في المستقبل ضمن قطاعات استخدام الميثانول. وهذا اتجاه واضح يمكن ملاحظته. 1.2 وقود الميثانول: يُستخدم الميثانول كوقود في الصين بطريقتين؛ الأولى هي خلطه مع البنزين لإنتاج منتجات مثل M15، M30، M85، M100 وغيرها، والتي تُباع في محطات الوقود العادية. أما الطريقة الثانية فهي استخدام الميثانول مباشرة في إنتاج البنزين عبر عملية MTG، وقد حظيت هذه الطريقة باهتمام متزايد في السوق مع تطور صناعة الكيماويات القائمة على الفحم. في الواقع، ووفقًا لبيانات وكالة EIA، فإن كثافة الطاقة في الميثانول تعادل نصف كثافة الطاقة في البنزين تقريبًا، وهي أقل من كثافة الطاقة في الإيثانول أو الغاز الطبيعي. الفائدة من ذلك هي زيادة نسبة الأكسجين وحدوث احتراق نظيف، أما العيوب فهي السمية العالية وسهولة التآكل. 1.2.1 خليط الميثانول مع البنزين: يُعتبر خليط الميثانول مع البنزين حاليًا مصدر طاقة بديلاً في البلاد. وفي عام 2012، أصدرت وزارة الصناعة قرارًا بتجربة هذا الخليط في مناطق مثل شانشي وشنشي وشنغهاي، لكنه لم يلقَ استحسانًا في تلك المناطق. من الناحية الاقتصادية، كلما ارتفعت نسبة خليط الميثانول، كان ذلك أكثر جاذبية، والأفضل هو M100. المشكلة هي أن أكبر تحدٍ في خلط الميثانول بالبنزين يكمن في أن المواد الناتجة عن الاحتراق مثل الفورمالديهايد وحمض الفورميك تسبب تآكلًا وتلفًا شديدًا للمحرك، وحتى استخدام مواد مضادة للتآكل باهظة الثمن لا يؤدي إلى نتائج فعالة. أظهرت أبحاث شركة فورد الأمريكية أن استخدام البنزين المحتوي على الميثانول يؤدي إلى ارتفاع نسبة الحديد في زيت التشحيم بمقدار 5.2 مرات مقارنة باستخدام البنزين خالي من الرصاص. ويتمثل التآكل الناتج عن ذلك في تآكل حلقات المكبس وجدران الأسطوانة، بالإضافة إلى التآكل الناتج عن التفاعلات الكيميائية. كما أن الطاقة الحرارية اللازمة لتبخر الميثانول مرتفعة، مما يؤدي إلى سوء تبخره وتسربه إلى جدران الأسطوانة، وبالتالي يؤدي ذلك إلى تخفيف زيت التشحيم وتفاعله مع المواد الأخرى، مما يزيد من التآكل في أجزاء المحرك. كما تُظهر نتائج أبحاث RIPP أن وقود الميثانول يسبب تآكل طبقة الرصاص والقصدير في خزانات الوقود في السيارات، وبفضل خاصية الميثانول المائية، فإنه يحدث انفصال للطبقات بسهولة في وجود كمية صغيرة من الماء، مما يؤثر على عملية التخزين وعلى أداء السيارة بشكل طبيعي. علاوة على ذلك، يُعد الميثانول سمًا عصبيًا نموذجيًا، يمكن أن يتم امتصاصه عبر الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والجلد، مما يؤدي إلى تلف الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي والرؤية، كما أن له تأثيرًا كبيرًا على الجهاز العصبي والجهاز الدموي في الجسم. بدأ تطوير واستخدام البنزين المحتوي على الميثانول في الخارج خلال أزمة النفط الثانية في سبعينيات القرن الماضي، ومن منظور البحث عن مصادر طاقة بديلة، قامت دول مثل ألمانيا والولايات المتحدة واليابان بتطوير وقود الميثانول والتقنيات المرتبطة به لاستخدامه في السيارات. في سبعينيات القرن الماضي، ركزت الولايات المتحدة على تطوير سيارات تعمل بوقود الميثانول مثل طراز M85 وM100. لكن وفقًا للإحصائيات، فإن عدد السيارات التي تعمل بوقود الميثانول في الولايات المتحدة قد انخفض بعد عام 1998، وذلك لأسباب متعددة. تتمثل عيوب استخدام الميثانول كوقود للسيارات، وخاصة سميته، في أنه لا يحظى بشعبية في الأسواق الأمريكية التي تولي اهتمامًا كبيرًا للصحة والسلامة وجودة الحياة. كما أن الوقود البديل مثل الغاز الطبيعي المسال والكهرباء أكثر أمانًا وصديقًا للبيئة، مما أدى إلى تراجع استخدام الميثانول كوقود بديل تدريجيًا. وعلاوة على ذلك، تصر شركات تصنيع السيارات في الولايات المتحدة واليابان على معارضة إضافة الميثانول إلى البنزين؛ ففي معيار البنزين خالي من الرصاص المستخدم في السيارات في الولايات المتحدة، وهو ASTM 4814، يُشترط ألا يتجاوز محتوى الميثانول 0.3% من الحجم. في “معايير الوقود العالمية” التي أصدرتها منظمة صانعي السيارات العالمية في ديسمبر 1998، تم التنصيص على أنه “لا يجوز استخدام الميثانول”. حتى في أوروبا، وعلى الرغم من أن لوائح 85/536/EEC تسمح بوجود نسبة تصل إلى 3% من الميثانول في البنزين، إلا أن الإحصائيات تُظهر أن نسبة الميثانول المضافة فعليًا إلى الوقود تكون أقل من 0.1-0.5%. نظرًا لأن التقنيات الحالية لا تستطيع حل مشكلة تآكل المعادن الناتجة عن استخدام وقود الميثانول، فقد أوضحت شركات صناعة السيارات مثل جنرال موتورز وفورد في كتيبات التعليمات الخاصة بها أن الأضرار التي قد تلحق بالسيارات التي تعمل بوقود الميثانول لا تندرج ضمن نطاق الضمان. يتم تنفيذ تجارب خلط الميثانول في بعض المناطق داخل البلاد، والسبب الرئيسي لذلك هو ضغوط أسعار النفط المرتفعة خلال السنوات القليلة الماضية، خاصةً أن بعض مناطق إنتاج الفحم تمتلك كميات كبيرة من الميثانول، مما يدفعها إلى الترويج له في السوق. نظراً لتحليل التجارب الخارجية المذكورة أعلاه، من غير المرجح أن توافق وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات على توسيع نطاق التجارب التجريبية في السنوات القادمة، كما قد يظل معدل خلط الميثانول ضمن النطاق الحالي الذي يتراوح بين 15% و85%. وبناءً على ذلك، فإن الكمية الإجمالية للميثانول في السوق التجريبي لن تزداد أبداً، بل من المرجح أن تنخفض تدريجياً مع توسع استخدام الغاز الطبيعي. 1.2.2 تحويل الميثانول إلى بنزين MTG: تطورت تقنية MTG مع تزايد استخدام الكيماويات الناتجة عن تكرير الفحم في السنوات الأخيرة، ومن الناحية التقنية، فإنها تعتبر طريقة ناضجة إلى حد كبير. إذا تم التمييز بدقة حسب نوع الفحم، فهناك في الواقع نوعان: الأول هو تحويل الفحم مباشرة إلى وقود الديزل والبنزين، ويعتمد هذا الإجراء على عملية التخليق الفيتو للغازات السينثتيكية. يتطلب هذا الإجراء جودة عالية للفحم، حيث يجب ألا تزيد نسبة الرماد في الفحم عن 5%، كما يجب أن يكون الفحم نشطًا وقابلًا للطحن، وكلما كانت نسبة العناصر الغريبة مثل الكبريت والنيتروجين أقل، كان ذلك أفضل. بالإضافة إلى ذلك، فإن استهلاك الطاقة في هذه العملية مرتفع، وهو ما يحد من استخدامها في الداخل ； الطريقة الأخرى هي السيانيدة غير المباشرة، حيث يتم أولاً تحويل الفحم أو الغاز الطبيعي إلى ميثانول، ثم تحويله إلى بنزين. هذه العملية لا تتطلب جودة عالية من الفحم، كما يمكن تعديل حجم المصانع بمرونة، بل وحتى في المناطق الساحلية البعيدة عن مناطق إنتاج الفحم، طالما أمكن الحصول على الميثانول المستورد، فيمكن إنتاج البنزين هناك، ولذلك فهي تحظى بشعبية كبيرة في الداخل. تتم عملية تفاعل MTG أولاً بتجفيف الميثانول لإنتاج الديميثيل إيثر، ثم يتحول الميثانول والديميثيل إيثر والماء معًا تحت تأثير المحفز إلى هيدروكربونات أليفة خفيفة (C2~C4)، وبعد ذلك يتم إجراء تفاعلات إضافية لإنتاج هيدروكربونات ذات سلاسل أطول، بالإضافة إلى مزيج من البارافينات والإيزوبارافينات والهيدروكربونات الأروماتية والنيوكليوبينات. بشكل عام، فإن استهلاك الخام لكل طن يبلغ 2.5 طن من الميثانول لكل طن من البنزين، والطاقة المفرزة أثناء العملية تبلغ 1.74 ميجا جول لكل كيلوغرام، أما الطاقة المطلوبة من الخارج فهي حوالي 360 كيلو جول لكل مول. وفي الواقع، نظرًا لأن كثافة الطاقة في الميثانول تعادل نصف كثافة الطاقة في البنزين، فإن الطاقة المستخدمة في الحصول على البنزين تعادل 16 ضعف طاقة الميثانول. إذا أخذنا في الاعتبار أن وقود MTG يحتوي أيضًا على نسبة عالية من التتراميثيلين، فإن تقليل هذه النسبة يتطلب عملية هيدروجينة لتحسين جودة الوقود، مما سيؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة. لذلك، من ناحية كفاءة الطاقة، يظل MTG غير اقتصادي، ومن الناحية النظرية يجب النظر في تحويله إلى وقود بنزين كبديل فقط عندما ترتفع أسعار النفط ويكون هناك فائض من الميثانول. 1.3 تحويل الميثانول إلى الأوليفينات MTO: تطورت تقنية MTO، مثل تقنية MTG، مع تطور صناعة الكيماويات القائمة على الفحم في السنوات الأخيرة. **مع بدء تشغيل مشاريع شينهوا باوتوو MTO ونينغمي MTP وداتانغ دولون MTP تباعًا، لم تستطع المناطق المختلفة مقاومة إغراء الأرباح الضخمة التي يحققها البوليمرات في ظل ارتفاع أسعار النفط، فبدأت العديد من المناطق في إنشاء مثل هذه المنشآت. بل إن بعض المناطق التي ليست قواعد لإنتاج الفحم تستورد الميثانول لإنشاء مشاريع MTO، وذلك قبل حتى صدور تقارير التقييم الخاصة بالمشاريع التجريبية الثلاثة الأولى. لكن حتى الآن، لم يتم نشر هذا التقرير الختامي، إلا أن هناك إشارة واضحة، وهي **أنه بدأ تشديد شروط الدخول ذات الصلة، مما رفع المعايير.** على سبيل المثال، وفقًا لمتطلبات مؤشرات المشاريع التجريبية للكيماويات الفحمية الحديثة في خطة التنمية الخمسية الثانية عشرة، يجب ألا تقل كفاءة تحويل الطاقة عن 40%، وألا يتجاوز استهلاك الفحم لإنتاج طن واحد من الأوليفينات 5.3 طنًا (محسوبة كفحم قياسي)، وألا يتجاوز استهلاك المياه النقية لكل طن من الفحم القياسي 4 أطنان ； إذا تم الوصول إلى مستوى متقدم، فيجب ألا تقل كفاءة تحويل الطاقة عن 44%، وألا يزيد استهلاك الفحم لإنتاج طن واحد من المونومرات عن 5 أطنان (محسوبة بالفحم القياسي)، كما يجب ألا يزيد استهلاك المياه النقية لإنتاج طن واحد من الفحم القياسي عن 3 أطنان. لا أعرف ما هو مستوى شركة شينهوا، ربما لم تصل بعد إلى المستوى المتقدم، وإلا لكان قد تم الإعلان عن ذلك. لكن كفاءة تحويل الفحم إلى طاقة كهربائية في الطرق الحديثة تبلغ حوالي 40–45%، بينما يُقال إن تقنية IGCC يمكن أن تصل إلى نسبة أعلى تقارب 50%. لذلك، **يجب أن تكون كفاءة تحويل الفحم إلى طاقة مشابهة على الأقل لكفاءة توليد الطاقة الحرارية. فلنرَ هل هذا صحيح؟ باستخدام عملية CTO الأكثر شيوعًا حاليًا، ينقسم الإجراء بأكمله إلى ثلاث مراحل: تحويل الغاز إلى غاز مركب، وتحويل غاز المركبات إلى الميثانول، وتحويل الميثانول إلى الأوليفينات أي MTO. بشكل عام، وباستخدام المستوى التقني السائد حاليًا، فإن نسبة تحويل الفحم إلى الميثانول تبلغ حوالي 2.7:1، أما نسبة تحويل الميثانول إلى الأوليفينات فهي حوالي 3:1. قيمة الاحتراق للفحم القياسي تبلغ 29306 كيلوجول/كجم، بينما تبلغ قيمتها للميثانول 19530 كيلوجول/كجم، أما بالنسبة للبولي إيثيلين فهي تقارب 40000 كيلوجول/كجم، وهو ما يعادل قيمة الوقود. بالنظر إلى محطة تصنيع الأوليفينات بطاقة 600 ألف طن سنويًا، فإن كفاءة تحويل الطاقة في المرحلة الأولى تبلغ حوالي 45%، بينما تكون في المرحلة الثانية حوالي 70–80%. وبالتالي، فإن الكفاءة الإجمالية للعملية تبلغ حوالي 30%. لذلك، من ناحية الكفاءة وحدها، فإن عمليات CTO/MTO تعتبر عمليات تتطلب استهلاكًا كبيرًا للطاقة وكفاءة منخفضة في تحويلها. لكن إذا تم مقارنة كثافة الطاقة في المنتج النهائي، فسيتضح أن هناك فرقًا، لأن البولي أوليفينات لا تُستخدم لإنتاج الطاقة عن طريق الاحتراق، ولا يتم إضافتها إلى البنزين لتشغيل السيارات. والوظيفة الرئيسية لها هي استخدامها في صناعة مختلف المنتجات التي تُستخدم في جوانب حياة الإنسان المختلفة. أحد أكبر الاختلافات بين إنتاج المواد الكيميائية وإنتاج الطاقة هو أن الإنتروبيا الحرارية في عملية إنتاج الطاقة تُحرق في النهاية لإطلاق الطاقة، بينما يظل معظم الإنتروبيا الحرارية للمنتجات الناتجة عن الصناعات الكيميائية داخل تلك المنتجات. من هذا المنظور، طالما يتم السعي قدر الإمكان إلى إعادة استخدام المواد في عمليات الإنتاج الكيميائي، فإنه رغم أن معدل تحويل الطاقة خلال دورة الحياة بأكملها ليس مرتفعًا، إلا أن من الممكن الحفاظ على الطاقة. وحتى لو كان هناك فقدان لـ 20 إلى 30% من الطاقة في كل عملية، فإن ذلك أفضل بكثير من حرق المواد لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء، ثم محاولة إعادتها إلى الهيدروكربونات مرة أخرى، وهو أمر صعب للغاية. نظرًا لأن كثافة الطاقة في المواد الكيميائية ليست منخفضة، بالإضافة إلى أن عمر دورة حياة طاقتها أطول مقارنة بوقود مثل البنزين، فإن تحليل آفاق تقنية MTO ليس أمرًا سهلاً يمكن رفضه بشكل قاطع. لكن هناك عاملان رئيسيان يعيقان تطور هذه التقنية: المنافسة في عملية تحويل الغاز الطبيعي إلى ميثانول ثم إلى الأوليفينات، ومدى حجم الطلب المحلي على البولي أوليفينات عند الحديث عن الطلب على البولي أوليفينات، فإن الأمر يعود في المقام الأول إلى العدد الهائل للسكان في الصين. وغالبًا ما يستشهد خبراء الصناعة بالجدول التالي لإثبات أن هناك مجالًا كبيرًا للنمو في سوق البولي أوليفينات المحلية، لكن هل هذا صحيح فعلاً؟ متوسط استهلاك البولي إيثيلين والبولي بروبيلين للفرد (كجم/شخص): البولي إيثيلين، البولي بروبيلين؛ المتوسط العالمي 85، أمريكا الشمالية 3717، الصين 54.5. في النهاية، لا يُعتبر البوليمرات مواد استراتيجية، لذا لا داعي لأن تقوم الصين بتوسيع مصانع إنتاج البوليمرات بهدف تحقيق الاكتفاء الذاتي بنسبة 100%، مع تجاهل الواقع الطاقي. كما أن استيراد منتجات البوليمرات ذات الأسعار المنخفضة من الخارج خيار جيد، فهو يساعد أيضًا في تخفيف الضغوط على إمدادات الطاقة المحلية وتقليل التلوث ； علاوة على ذلك، فإن استهلاك البولي أوليفينات في الداخل قد اقترب أيضًا من المتوسط العالمي. من غير الواقعي توقع أن يصل مستوى استهلاك البوليمرات لدى الفرد في الصين إلى مستوى الولايات المتحدة، ويتضح ذلك من الرسمين التاليين؛ فمن المحتمل أن تصل الصين خلال فترة طويلة إلى مستوى استهلاك الطاقة لكل وحدة من الناتج المحلي الإجمالي مثل الدول المتقدمة، لكن الفارق في الناتج المحلي الإجمالي للفرد سيظل كما هو تقريبًا. وبالتالي، فإن الطلب على المنتجات الكيميائية للفرد لن يصل إلى مستوى الدول المتقدمة، بل قد يصل في أحسن الأحوال إلى المتوسط العالمي. باختصار، فإن إمكانيات نمو سوق البوليمرات ليست كبيرة كما يُتخيل! 2. اختيار المواد الخام الأولية لإنتاج الميثانول: من وجهة نظر مسارات التفاعل الكيميائي، يتم إنتاج الميثانول بشكل أساسي من الغازات السينثتيتية (CO2، CO، H2) أو CH4. يتم الحصول على النوع الأول بشكل أساسي من معالجة الفحم، بينما يأتي النوع الثاني من الغاز الطبيعي أو غاز الشيست. لقد قدمت العديد من المقالات استنتاجات حول ما هو الأفضل من حيث التكلفة وغيرها، لكننا هنا سنتناول الأمر من منظور كفاءة استخدام الطاقة. يتم إنتاج الميثانول من الفحم عن طريق تحويله إلى غاز المياه في فرن التغويز، ثم يتم تعديل نسبة الهيدروجين إلى الكربون في فرن التحويل، وبعد ذلك يتم استخدام هذا الخليط في برج التخليق لإنتاج الميثانول ； أما تحويل الغاز الطبيعي إلى ميثانول، فيتم ذلك عن طريق تحويل غاز CH4 في فرن التحويل إلى غاز تخليقي، ثم يتم استخدام هذا الغاز في برج التخليق لإنتاج الميثانول. لذلك، سواء كان الأمر يتعلق بغاز الفحم، أو غاز تحويل الفحم إلى غاز، أو غاز الأفران الكوكية، أو الغاز الطبيعي، فإن العملية في جوهرها تتمثل في تحويل الغازات التي تحتوي على CO2 وH2O وCO وH2 إلى ميثانول. الفرق الوحيد يكمن في تعديل نسبة الهيدروجين إلى الكربون قبل دخول الغازات إلى فرن التحويل. من الناحية النظرية، يحتاج إنتاج طن واحد من الميثانول إلى طاقة لا تقل عن 23 جيجا جول، بينما يحتاج إنتاج الميثانول من الغاز الطبيعي إلى طاقة تتراوح بين 29 و31 جيجا جول. أما إنتاج الميثانول من الفحم، فلا حاجة لتعديل نسبة الهيدروجين إلى الكربون بشكل مستمر، لذلك فإن استهلاك الطاقة في هذه الحالة أقل قليلاً مقارنة بالغاز الطبيعي، ويتراوح بين 28 و29 جيجا جول. وبالتالي، فإن الفرق بين الطريقتين ليس كبيرًا. نظراً لندرة موارد الغاز الطبيعي في بلادنا، والحاجة إلى استيراد كميات كبيرة منه في المستقبل، وبما أن الغاز الطبيعي يُعتبر وقوداً نظيفاً يُستخدم بشكل أساسي كوقود للمدن، فقد أصدرت هيئة التنمية والإصلاح في أغسطس 2007 “سياسة استخدام الغاز الطبيعي”، والتي تحظر استخدام الغاز الطبيعي في إنتاج الميثانول، كما تقيد استخدامه في إنتاج الأمونيا الاصطناعية والأسيتيلين وكلوروميثان وغيرها. متغيرات الغاز الطبيعي تأتي من الخارج. نظرًا لوفرة الغاز الطبيعي في الشرق الأوسط وأمريكا الشمالية، بالإضافة إلى صعوبة نقله، فإن الفكرة المنطقية هي تحويل الغاز الطبيعي إلى مواد كيميائية سائلة أو صلبة أخرى؛ حيث يتطلب ذلك طاقة قليلة، لكن كثافة الطاقة في المنتجات الناتجة مرتفعة، مما يجعلها مناسبة للنقل على مسافات طويلة. وفي ظل المستوى الحالي للتكنولوجيا، يعتبر الميثانول الخيار الأنسب. بالطبع، لا تزال الولايات المتحدة تبحث في إمكانية أن يتم تجاوز خطوة تحويل غاز الميثان إلى غاز سينثيتيك ثم إلى الميثانول، وأن يتم التفاعل مباشرة لإنتاج الأوليفينات؛ فهذا سيكون ثورة أخرى في صناعة الكيماويات! لأن تقليل خطوات التفاعل يعني تقليل فقدان الطاقة، وبما أن كثافة الطاقة في البولي إيثيلين تزيد عن كثافة الطاقة في الميثانول بمقدار ضعفين، بالإضافة إلى أنه مادة صلبة أكثر ملاءمة للنقل، فإن ما سيتم استيراده من الخارج عبر البحار في المستقبل لن يكون الميثانول، بل أنواع مختلفة من البولي إيثيلين! ظهرت مؤخرًا بوادر على ذلك، حيث أقامت شركة Siluria الأمريكية الصغيرة المتخصصة في مجال الهندسة والتكنولوجيا مراسم افتتاح كبيرة في مصنعها التجريبي في ولاية تكساس، لتصبح بذلك أول شركة في العالم تنجح في تحويل الغاز الطبيعي إلى إيثيلين على نطاق صناعي كبير. كما تمت دعوة كبار مسؤولي شركة Siluria لمناقشة قضايا سياسة الطاقة في الولايات المتحدة مع وزارة الطاقة الأمريكية. وقد أدركت الولايات المتحدة القيمة الاستراتيجية لهذا النهج الجديد بالنسبة لقطاعي الطاقة والصناعة لديها، وهي تفكر في وضع سياسات لتعزيز تطور هذه الصناعة. ووفقًا لبيانات الوكالة الدولية للطاقة لعام 2012، فإن الاستخدامات الرئيسية للغاز الطبيعي في الولايات المتحدة هي توليد الطاقة والاستخدامات الحرارية، حيث يشكل ذلك 77% من إجمالي استهلاك الطاقة، أي ما يعادل حوالي 21,339,716 تيرا جول. أما الاستخدامات الصناعية فهي تشكل 17% فقط، ويشمل ذلك الاستخدامات المتعلقة بالتسخين في عمليات الإنتاج، وليس كلها يُستخدم في تحويل الغاز إلى مواد كيميائية أخرى. إذا تم تحليل التغيرات في استخدامات صناعة الغاز الطبيعي في الولايات المتحدة خلال السنوات القليلة الماضية، فإن بيانات وكالة EIA تُظهر أن هذا الاتجاه ليس واضحًا، مما يدل على أن الموقف تجاه استخدام الميثان في الولايات المتحدة لا يزال حذرًا للغاية؛ حيث يُستخدم الميثان بشكل أساسي في توليد الطاقة والحصول على الحرارة، وليس في إنتاج الميثانول، ثم تحويله إلى بوليمرات عبر تقنية MTO، رغم وجود موارد كبيرة من الغاز الصخري في الولايات المتحدة. ٣ الاستنتاجات: بناءً على ما سبق، فإن معظم الطلبات على الميثانول في الأسواق العالمية ثابتة إلى حد كبير، ومعدلات النمو تظل ضمن نطاق الأرقام الفردية، وهو ما لا يكفي لدعم نمو القدرات الإنتاجية الجديدة للميثانول بشكل سريع في المستقبل ； إن التوقع بتحقيق اختراق في استخدام الميثانول كبديل للوقود، وبالتالي تغيير هيكل الطاقة في الصين، أمر غير واقعي وغير قابل للتحقيق. يبدو في الوقت الحالي أن CTO/MTO هما الوحيدان اللذان لا يزالان يمتلكان بعض القوة، لكن الأمر لا يزال غير مؤكد. يقول كتب الاستراتيجيات العسكرية في الصين القديمة: "احاصر ثلاثة واترك واحدًا". فقبل أن يجدوا وسائل أفضل لنقل الطاقة، يحتاجون إلى السوق الضخمة في الصين لاستيعاب الغاز الطبيعي الزائد، وتصدير الميثان هو تلك "الوسيلة المتبقية". ومن الواضح أنهم لا يبنون مصانع جديدة لتحويل الغاز إلى منتجات أخرى، لأنهم واثقون من قدرتهم على إيجاد طرق أفضل لتصدير الميثان غير LNG والميثان، ومن بين هذه الطرق إنتاج الإيثيلين مباشرة من الميثان في المستقبل. بحلول ذلك الوقت، وبعد أن يفقد الميثانول صفته كجسر بين مصادر الطاقة والصناعات الكيميائية، فكم من مجال للتخيل يمكن أن يتبقى؟ في الوقت الحالي، لا يزال من غير المعروف ما إذا كان بالإمكان استرداد الأموال التي تم استثمارها في “أكبر مشاريع التاريخ”. لذلك، في سوق CTO/MTO الذي يشهد نموًا كبيرًا حاليًا، من الضروري أن يكون هناك من يوضح الحقيقة: صناعة الميثانول في الصين قد وصلت فعلاً إلى حافة الهاوية!