Eine gründliche Analyse der Methanol-Wertschöpfungskette in China: Am Abgrund!

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 18.11.2015 um 10:20 geändert. Ausführliche Analyse der Methanol-Wertschöpfungskette in China: Sie steht bereits am Abgrund! Einleitung: Oftmals können die Signale des Marktangebots und -nachfrages die Märkte in die Irre führen. Der Begriff der Kosten ist außerdem relativ und veränderlich. Angesichts dessen lohnt es sich, zu betrachten, welche Rolle Methanol im gesamten Energieverbrauchssystem Chinas spielt – ob das angemessen ist – und wohin seine Entwicklung gehen wird Es gibt jemanden, der ein paar Morgen Land besitzt. Anfangs wurde auf diesem Land ausschließlich Getreide angebaut. Jedes Jahr konnte man etwa tausend Kilogramm Ernte ernten. Damit konnte man nicht nur seinen eigenen Bedarf decken, sondern hatte auch etwas übrig. So konnte man in Selbstversorgung leben – und das war eine schöne Lebensweise. 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 übrig gebliebenen Lebensmittel im Haus in Wein. Als sie ihn probierten, wurden sie süchtig nach ihm. Deshalb produzierten sie im folgenden Jahr noch mehr Wein – und genossen den glückseligen Genuss dieses wunderbaren Getränks. Eines Tages stellte die Familie fest, dass die Vorräte, die ursprünglich in großen Mengen vorhanden waren und für ein ganzes Jahr ausgereicht hätten, plötzlich nicht mehr ausreichten. Sie mussten oft hungrig trinken – dadurch wurde der Wein zu einem bitteren Getränk. Was ist die Ursache? Früher mochte man zwar das Getreide auf verschiedene Arten essen – wie Reis, Reiskuchen oder Reismehl – aber 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 Gesetz der Energieerhaltung im Spiel, die sich in chemischen Reaktionen konkret durch Befolgung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik äußert. Jede biochemische Reaktion ist eine Form der Energieübertragung, und im natürlichen Zustand verläuft die Energieumwandlung in einer bestimmten 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 Aufsehen 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 Anwendungen von 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. Um die Grenzkosten zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern, wird absichtlich die Produktionskapazität erweitert. 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. Doch es gibt immer noch einige Bereiche, in denen trotz Jahrhunderten weiterhin Entwicklung stattfindet. Die allgemeine Regel dabei ist: Nur jene 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 prüfen, wie viel Energie bei diesem Prozess verbraucht wird und wie hoch die Energiedichte des entstehenden Produkts ist. Das bestimmt direkt die Effizienz der Nutzung dieses Produkts in Zukunft. 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 Energieeinheit MMBtu verwendet. Diese Aussage hat großen 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 eine sehr interessante Analogie: Der größte Teil der Energie, die die Menschen nutzen, wird auf diese Weise gewonnen – indem Wasser zum Kochen gebracht wird. Viele glauben das vielleicht nicht, aber es ist tatsächlich so. Laut den Daten der EIA aus dem Jahr 2012 wird 88 % des Rohöls als Brennstoff verwendet. Nur etwa 12 % 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 bleibt Erdöl nur ein kleiner Teil des gesamten Energiesystems. Der größte Teil wird dazu verwendet, Wasser zum Kochen zu bringen, um Dampf zu erzeugen, oder um Gas zu erzeugen, das wiederum zur Antrieb von Dampf- bzw. Gasturbinen zur Stromerzeugung dient. 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. Auch bei der weltweiten Nutzung erneuerbarer Energien machen Solarenergie, Windenergie, Gezeitenenergie usw., bei denen tatsächlich keine Dampf-/Gas-Turbinen zur Stromerzeugung eingesetzt werden, nur einen sehr kleinen Anteil aus. Zurück zum Thema dieses Artikels – Methanol. Gemäß der oben beschriebenen Logik verwenden wir Methanol, um einen Einblick zu gewinnen und die Energieeffizienz seiner Anwendungen sowie die Energiedichte der daraus hergestellten Produkte zu vergleichen. So können wir erkennen, welche Rolle Methanol im gesamten Energieverbrauchssystem Chinas spielt – ob das angemessen ist – und wohin sich seine Entwicklung weiterentwickeln wird 1 Auswahl der downstream-Anwendungen von Methanol: Wenn man die Anwendungsmöglichkeiten von Methanol im Ausland mit denen in unserem Land vergleicht, stellt man fest, dass der Anteil von Methanol, der in Formaldehyd, Essigsäure oder Methylamin umgewandelt wird, im Großen und Ganzen ähnlich ist. Zudem ist die Nachfrage nach diesen Produkten relativ stabil. Die Unterschiede liegen hauptsächlich in der Nachfrage nach Methanol als Kraftstoff sowie nach Dimethylether. Hinzu kommt noch die neu entstandene Nachfrage nach Olefinen im Rahmen des MTO-Verfahrens. Das sind die Faktoren, die zu einem explosionsartigen Anstieg der Nachfrage nach Methanol in China führen. Aber warum gibt es solche Unterschiede? 1.1 Dimethylether: Dimethylether wird auch als Methylether bezeichnet und abgekürzt DME. 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 von selbst. Es ist weder korrosiv noch krebserregend. Unter Einfluss von Strahlung oder Wärme kann es jedoch in Methan, Ethan, Formaldehyd usw. zerfallen. 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 Freonen 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 Dimethan als Ersatz für diese Kraftstoffe. Tatsächlich wird bereits seit 10 Jahren in China Dimethan in das Dieselgemisch eingemischt. Obwohl es keine klaren Vorschriften und Standards gibt, machen die hohen Ölpreise es rentabel, Dimethan anstelle von LPG und Benzin/Diesel zu verwenden. Zudem kann Dimethan als Zusatzstoff für Stadtgasnetze sowie für flüssiges Gas verwendet werden. Deshalb ist die Nachfrage nach Dimethan im Inland deutlich höher als im Ausland. Das Problem ist nun, dass die Herstellung von Dimethan heute hauptsächlich aus Erdgas, Kohle oder Koksgas erfolgt. Es gibt dabei eine „einstufige“ und eine „zweistufige“ Herstellungsweise. In Wirklichkeit muss jedoch 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 entsteht eine Wärmeabgabe von etwa 744 KJ/kg. 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 ； Da der Heizwert von Dimethylether nur etwa 2/3 des Wertes von LPG beträgt, ist es nicht sinnvoll, ihn anstelle von LPG in das Gasnetz einzusetzen. LPG ist schließlich ein wichtiger Rohstoff in der Chemieindustrie. Zwar ist seine Energiedichte etwa 2,8 Mal höher als die von Erdgas, doch Erdgas ist umweltfreundlicher und auch praktischer in der Anwendung. In Zukunft wird Erdgas weiterhin die dominierende Kraft im Gasmarkt bleiben. Deshalb hat Dimethylether dort kaum eine Chance auf einen Markt. Falls Dimethan es nicht schafft, sich auf dem Markt für Brennstoffe durchzusetzen – und sogar durch andere Rohstoffe ersetzt wird – dann wird sein Anteil am gesamten Bedarf in den Bereichen, die mit Methanol zu tun haben, in Zukunft weiter abnehmen. Das ist eine erkennbare Tendenz. 1.2 Methanol als Kraftstoff: In China gibt es zwei Möglichkeiten, Methanol als Kraftstoff zu verwenden. Erstens kann es mit Benzin vermischt werden, um Produkte wie M15, M30, M85, M100 usw. zu erzeugen, die dann in 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. Tatsächlich entspricht laut den Daten der EIA die Energiedichte von Methanol etwa der Hälfte der von Benzin – sie ist geringer als die von Ethanol oder Erdgas. Der Vorteil ist eine erhöhte Sauerstoffsättigung sowie eine saubere Verbrennung. Der Nachteil sind die hohe Toxizität und die Anfälligkeit für Korrosion. 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 je höher der Anteil an Methanol, desto attraktiver ist es – 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 Korrosionshemmer hat nur begrenzte Wirkung. Eine Studie des amerikanischen Unternehmens Ford ergab, dass bei der Verwendung von Methanol-Benzin der Eisengehalt in der Motorölmischung 5,2 Mal höher ist als bei der Verwendung von bleifreiem Benzin. Die Hauptprobleme durch die Nutzung von Methanol-Benzin sind die Abnutzung sowie Korrosion der Kolbenringe und der Zylinderwände. Zudem weist Methanol eine hohe Verdampfungsenthalpie auf; dadurch erfolgt eine unvollständige Verdampfung, wodurch das Öl in die Zylinderwände gelangt. Dadurch wird die Ölschicht aufgelöst, was zu einer Verdünnung des Öls führt und zu erheblicher Emulgierung – mit entsprechender Abnutzung der Motorteile. Die Ergebnisse der RIPP-Studien zeigen außerdem, dass Methanol-Benzin die Blei-Zinn-Beschichtung in den Kraftstofftanks von Autos angreift. Die Wasserliebe des Methanols führt dazu, dass bei geringer Feuchtigkeit 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 Methanol-Benzin 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 Methanol-Autos durchgeführt. Bereits in den 1970er Jahren konzentrierten 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 die Anzahl der Fahrzeuge, die mit Methanol betrieben werden konnten, sowie die Menge an Methanol als Kraftstoff nach dem Jahr 1998 ab. Dies hatte verschiedene Gründe. Die Nachteile von Methanol als Kraftstoff für Autos – 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 zum Kraftstoff hinzugefügt 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 anderen Brennstoffen 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 fördern. 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 an der Gesamtmenge auf den derzeitigen Bereich von 15–85 % begrenzt bleiben. Damit wird die gesamte Menge an Methanol im Pilotmarkt nicht zunehmen – im Gegenteil: Mit der zunehmenden Verwendung von Erdgas wird dieser Markt in Zukunft weiter schrumpfen. 1.2.2 Methanol zu Benzin umwandeln – MTG: MTG wurde im Zuge des Aufstiegs der Kohlechemie in den letzten Jahren entwickelt. Technologisch 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 Aschegehalt 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 erschwert die Verwendung 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 Kohquelle, und die Größe der Anlagen kann flexibel gewählt werden. Selbst in Küstengebieten, weit entfernt von den Kohleabbaugebieten, 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 Additionsreaktionen, wodurch Olefine mit längeren Ketten, nukleare/isomere Paraffine, Aromaten sowie Cycloalkane entstehen. Im Allgemeinen beträgt der Rohstoffverbrauch 2,5 Tonnen Methanol pro Tonne Benzin. Die dabei entstehende Wärme 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 groß 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 Hydrogenisierung erforderlich, um die Qualität des Öls zu verbessern – dadurch steigen die Energiekosten weiter an. Aus Sicht der Energieeffizienz ist MTG daher weiterhin nicht wirtschaftlich. Theoretisch sollte man nur dann in Erwägung ziehen, es in Benzin umzuwandeln, um es als Ergänzung zu verwenden, wenn die Ölpreise hoch sind und es einen Überschuss an Methanol gibt. 1.3 Methanol zu Olefinen – MTO: Wie MTG wurde auch MTO 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 Verlockung der enormen Gewinne aus Polyolefinen bei hohen Ölpreisen nicht widerstehen. Viele Orte errichteten ähnliche Anlagen – selbst einige Gebiete, die keine Kohleproduzenten sind, importierten Methanol, um MTO-Anlagen zu betreiben. 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 %. Der Kohverbrauch pro Tonne Olefin soll 5,3 Tonnen (in Standardkohle umgerechnet) nicht überschreiten. Zudem darf der Verbrauch an Frischwasser pro Tonne Standardkohle 4 Tonnen nicht übersteigen ； Wenn ein fortschrittliches Niveau erreicht werden soll, muss die Effizienz bei der Umwandlung von Energie 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 übersteigen. Ich weiß nicht, auf welchem Niveau Shenhua steht – vermutlich hat das Unternehmen noch nicht das fortschrittliche Niveau erreicht, sonst würde man das sicherlich erwähnen. Die Umwandlungseffizienz bei der Erzeugung von Strom durch den Verbrennung von Kohle ist heutzutage etwa 40–45 %. IGCC soll eine höhere Effizienz von rund 50 % erreichen. Daher sollte die Effizienz bei der Umwandlung von Kohle in Energie mindestens der bei der thermischen Stromerzeugung entsprechen. Schauen wir mal, 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, Herstellung von Methanol aus Synthesegas sowie Herstellung von Olefinen aus Methanol, also MTO. Im Allgemeinen beträgt bei dem aktuellen Stand der Technik das Verhältnis etwa 2,7:1 bei der Herstellung von Methanol aus Kohle; bei der Herstellung von Olefinen aus Methanol liegt das Verhältnis wiederum bei 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 Anlage zur Herstellung von Olefinen mit einer Kapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr liegt die Energieumwandlungsrate im ersten Schritt bei etwa 45 %. Im zweiten Schritt liegt sie bei etwa 70–80 %. Insgesamt beträgt die Effizienz also etwa 30 %. Somit ist CTO/MTO auch aus Sicht der Effizienz ein Verfahren mit hohem Energieverbrauch und niedriger Energieumwandlungsrate. Wenn man jedoch die Energiedichte des Endprodukts vergleicht, zeigt sich ein Unterschied – schließlich werden Polyolefine nicht zur Erzeugung von Strom durch Verbrennung verwendet, noch werden sie in Benzin gemischt, um Autos anzutreiben. Ihre Hauptfunktion besteht vielmehr darin, in verschiedene Produkte umgewandelt zu werden, die in allen Bereichen des menschlichen Lebens eingesetzt werden. 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 Perspektive heraus ist es in der chemischen Industrie möglich, so weit wie möglich einen Kreislaufprozess zu erreichen. Auch wenn die Energieumwandlungsrate über den gesamten Lebenszyklus hinweg 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 dann 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? Verbrauch pro Person an Polyethylen und Polypropylen (kg/Person): Polyethylen: Weltweiter Durchschnitt 85, Nordamerika 3717, China 54,5. Polyolefine sind schließlich noch keine strategischen Rohstoffe. China muss daher nicht unbedingt darauf bestehen, zu 100 Prozent selbstversorgend zu sein – indem es große Anlagen zur Herstellung von Polyethylen errichtet. Es ist auch eine gute Alternative, billige importierte Polyolefin-Produkte zu verwenden. Dadurch kann der Druck auf die inländische Energieversorgung verringert werden und die Umweltbelastung gesenkt werden ； Außerdem nähert sich der inländische Verbrauch an Polyolefinen bereits dem weltweiten Durchschnitt an. 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 in absehbarer Zeit zwar den Energieverbrauch pro Bruttoinlandsprodukt auf das Niveau der entwickelten Länder bringen könnte, doch der Unterschied beim Pro-Kopf-Bruttoinlandsprodukt bleibt im Wesentlichen unverändert. Das bedeutet, dass der Pro-Kopf-Verbrauch an chemischen Produkten nicht das Niveau der entwickelten Länder erreichen wird – höchstens das weltweite Durchschnittsniveau. Zusammenfassend lässt sich sagen: Das Wachstumspotenzial des Polyolefin-Marktes ist nicht so groß, wie man annehmen könnte! 2 Auswahl der Vorstoffe für die Herstellung von Methanol Aus Sicht der chemischen Reaktionswege wird Methanol hauptsächlich aus Synthesegas (CO2, CO und H2) oder CH4 hergestellt. Der Erste wird hauptsächlich aus Kohle gewonnen, der Letztere hingegen 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 argumentiert. Methanol aus Kohle wird in Gasifizierern in Wassergas 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 geleitet 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-Kohlenstoff-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 Erdgas beträgt der Energieverbrauch 29–31 GJ. Da bei der Herstellung von Methanol aus Kohle kein häufiger Anpassungsbedarf des Wasserstoff-Kohlenstoff-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. Zudem ist Erdgas ein sauberes Brennstoff, das hauptsächlich als Brennstoff in Städten verwendet wird. Deshalb hat die Kommission für Entwicklung und Reform im August 2007 die „Politik zur Nutzung von Erdgas“ erlassen, die die Verwendung von Erdgas zur Herstellung von Methanol verbietet und zudem die Nutzung von Erdgas zur Herstellung von Ammoniak, Acetylen, Chlormethan usw. einschränkt. Die Variablen des Gases stammen aus dem Ausland. Aufgrund des reichen Gaspotenzials 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 zwar Energie verbraucht, doch die Energiedichte der entstehenden Produkte ist hoch, was einen Transport über große Entfernungen ermöglicht. Bei dem aktuellen technologischen Stand ist Methanol die beste Wahl. Natürlich forscht die USA weiterhin daran – wenn CH4 um den Schritt der Umwandlung in Synthesegas zur Herstellung von Methanol herumgehen und direkt zu Olefinen umgewandelt werden könnte, wäre das eine weitere Revolution in der Chemieindustrie! Denn die Verringerung der Reaktionsschritte bedeutet eine geringere Energieverluste. Zudem ist die Energiedichte von Polyolefinen doppelt so hoch wie die von Methanol. Außerdem eignen sich Polyolefine als Feststoffe besser zum Transport. Deshalb werden in Zukunft nicht mehr Methanol, sondern Polyolefine verschiedener Sorten aus dem Ausland per Schiff importiert! Kürzlich gab es erste Anzeichen dafür: Das kleine amerikanische Technologieunternehmen Siluria führte in seiner Testanlage in Texas eine feierliche Inbetriebnahme durch. Damit wurde das Unternehmen zum weltweit ersten, das Erdgas in großem Maßstab direkt in Ethylen umwandeln kann. Die Führungskräfte von Siluria wurden außerdem eingeladen, mit dem US-Energieministerium über die zukünftige Energiepolitik der USA zu diskutieren. Die USA haben erkannt, dass neue Ansätze strategische Vorteile für ihre Energie- und Industriepolitik bieten können, und berücksichtigen daher die Möglichkeit, entsprechende Politiken zu entwickeln, um die weitere Entwicklung dieser Industrie 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 der 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 die Bedürfnisse im Produktionsprozess bezüglich der Erwärmung. Nicht alles wird dabei zur Herstellung anderer Chemikalien verwendet. Wenn man die Veränderungen im Verbrauch von Erdgas in der US-amerikanischen Industrie in den letzten Jahren analysiert, zeigen die Daten der EIA, dass dieser Trend nicht besonders ausgeprägt ist. Das deutet darauf hin, dass in den USA weiterhin eine zurückhaltende Haltung gegenüber dem Einsatz von Methan herrscht. Methan wird hauptsächlich zur Erzeugung von Strom und Wärme verwendet – und nicht zur Herstellung von Methanol, welches anschließend durch MTO in Polyolefine umgewandelt werden könnte. Dabei haben die USA zwar überlegene Vorteile durch ihre Schiefergasvorkommen. 3 Fazit: Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die meisten Nachfragen nach Methanol weltweit im Grunde stabil sind. Die Wachstumsraten liegen im einstelligen Bereich und reichen nicht aus, um ein schnelles Wachstum der neuen Methanolproduktionskapazitäten in Zukunft zu unterstützen ； 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 noch CTO/MTO etwas Lebenskraft, aber das ist immer noch nicht sicher. In den alten chinesischen Kriegskunstbüchern steht: „Umzingelt drei, lasst einen frei.“ 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 Lösung für dieses Problem. Sie selbst bauen kaum neue MTO-Anlagen – offensichtlich sind sie zuversichtlich, dass es Möglichkeiten gibt, Methan auf eine bessere Weise als LNG oder Methanol zu exportieren. Eine solche Möglichkeit ist beispielsweise die direkte Umwandlung 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, bleibt weiterhin ungewiss. Deshalb sollte in diesem derzeit blühenden Markt für CTO/MTO jemand auftreten und etwas Kühles dagegen sagen: Die Methanolindustrie in China steht tatsächlich am Abgrund!