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Récemment, la première usine pilote de Chine à l'échelle de 100,000 tonnes pour capturer le dioxyde de carbone des gaz de combustion des centrales électriques et l'hydrogéner pour produire du méthanol a réussi un test de performance continue de 72 heures. Ce jalon marque un progrès significatif dans la technologie de capture, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS) en Chine. Cette réalisation démontre non seulement la puissance de l'innovation technologique, mais fournit également un solide soutien technique pour atteindre les objectifs de "double carbone". Ce qui suit fournira une analyse approfondie sous trois aspects : le principe de la synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone, les sources de matières premières et les perspectives technologiques futures.

I. Principe de la Synthèse du Méthanol à partir d'Hydrogène et de Dioxyde de Carbone

Le méthanol (CH₃OH) est une matière première chimique de base importante, largement utilisée dans les plastiques, les fibres synthétiques, les colorants, les pesticides, les produits pharmaceutiques et d'autres domaines. Traditionnellement, le méthanol est principalement produit à partir de combustibles fossiles tels que le gaz naturel ou le charbon, un processus qui consomme non seulement des ressources importantes, mais génère également des émissions de gaz à effet de serre. En revanche, la synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone est une alternative respectueuse de l'environnement.

Ce processus repose sur les principes de la chimie catalytique, où l'hydrogène et le dioxyde de carbone sont convertis en méthanol dans des conditions de haute température et de haute pression à l'aide de catalyseurs spécifiques. La formule de réaction est : 3H₂ + CO₂ → CH₃OH + H₂O. Ce processus permet non seulement une utilisation rationnelle du dioxyde de carbone, mais réduit également les émissions de gaz à effet de serre, en accord avec le concept de développement durable.

II. Sources d'Hydrogène et de Dioxyde de Carbone dans la Synthèse du Méthanol

1. Sources d'Hydrogène : L'hydrogène, en tant que l'une des matières premières clés pour la synthèse du méthanol, a des sources diverses. Dans les conditions technologiques actuelles, l'hydrogène est principalement produit par électrolyse de l'eau, reformage du gaz naturel et gazéification de la biomasse. Parmi celles-ci, l'électrolyse de l'eau est une méthode propre et sans pollution, particulièrement adaptée aux régions riches en énergies renouvelables (par exemple, éolienne et solaire). De plus, avec les avancées technologiques, le coût de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau diminue progressivement et devrait devenir la méthode dominante à l'avenir.

2. Sources de Dioxyde de Carbone : Le dioxyde de carbone provient principalement des gaz de combustion des centrales électriques et des gaz résiduaires industriels. Par exemple, le dioxyde de carbone peut être séparé des gaz de combustion des centrales électriques à l'aide de la technologie de capture, puis utilisé pour la synthèse du méthanol. Ce processus réduit non seulement les émissions de carbone des centrales électriques, mais permet également une utilisation rationnelle du dioxyde de carbone. Selon les données de cette usine pilote, le taux moyen de capture du dioxyde de carbone dépasse 95 %, avec un taux de capture maximal de plus de 99 %, démontrant la haute efficacité de cette technologie.

La synthèse du méthanol à partir d'hydrogène (en particulier l'hydrogène vert, produit par électrolyse de l'eau alimentée par des énergies renouvelables telles que l'éolien et le solaire) et de dioxyde de carbone présente un écart de coût par rapport aux méthodes traditionnelles de production de méthanol à base de charbon ou de gaz naturel. Voici une analyse des coûts des deux méthodes de synthèse du méthanol et une prévision de leur convergence :

III. Coût de la Synthèse du Méthanol à partir d'Hydrogène et de Dioxyde de Carbone vs. Production Traditionnelle de Méthanol

Coût de la Synthèse du Méthanol à partir d'Hydrogène et de Dioxyde de Carbone

Selon des calculs spécifiques, le coût actuel de production du méthanol synthétisé à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone est d'environ 3,950 yuans/tonne (ce chiffre peut varier en fonction des conditions et hypothèses de calcul). Parmi ceux-ci, les coûts des matières premières représentent environ 85 % du coût total de production, constituant le principal coût ; les coûts fixes représentent environ 10 % ; et les coûts de processus représentent la plus petite proportion.

• Coûts des Matières Premières : Ceux-ci incluent principalement les coûts de l'hydrogène et du dioxyde de carbone. Les coûts de l'hydrogène sont influencés par les prix de l'électricité verte, tandis que les coûts du dioxyde de carbone sont relativement faibles mais également affectés par les processus de capture et de purification. Selon des informations publiques, les coûts de l'hydrogène sont l'une des principales dépenses dans le processus de synthèse du méthanol, tandis que les prix du dioxyde de carbone, bien que fluctuants, sont relativement inférieurs à ceux de l'hydrogène.
• Coûts de Processus : Ceux-ci incluent la consommation de catalyseurs, d'électricité, d'eau de refroidissement circulante et de gaz de processus. La performance des catalyseurs impacte significativement la sélectivité du méthanol et les taux de conversion en un seul passage, affectant ainsi les coûts globaux du processus.
• Coûts Fixes : Ceux-ci consistent principalement en des dépenses de main-d'œuvre, d'amortissement, administratives et de vente.

Coût de la Production Traditionnelle de Méthanol

Méthanol à Base de Charbon: Le prix du charbon brut est relativement stable mais influencé par les relations d'offre et de demande du marché, les coûts de transport et d'autres facteurs. La production de méthanol à base de charbon est un processus mature mais implique des émissions élevées de carbone.

Méthanol à Base de Gaz Naturel: Les prix du gaz naturel sont très volatils, et donc le coût de production de méthanol à base de gaz naturel fluctue en conséquence.

Le coût de la production traditionnelle de méthanol varie en fonction du type de matière première, du processus de production, de l'amortissement des équipements, des coûts de main-d'œuvre et d'autres facteurs. En général, le coût du méthanol à base de charbon est d'environ 1,953 yuans/tonne lorsque les prix du charbon sont de 800 yuans/tonne.

Prévision de la Convergence des Coûts

Actuellement, le coût de la synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone est supérieur à celui des méthodes traditionnelles de production de méthanol. Cependant, avec les avancées technologiques, les économies d'échelle, la réduction des coûts des énergies renouvelables et les améliorations de la technologie de capture du carbone, le coût de la synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone devrait diminuer progressivement.

Plus précisément, les développements suivants contribueront à réduire les coûts de synthèse du méthanol :

1. Réduction des Coûts de l'Électricité Verte : Avec les progrès continus des technologies photovoltaïques et éoliennes et l'expansion de la capacité installée, le coût de l'électricité verte continuera de diminuer. Cela réduira directement les coûts de production d'hydrogène, abaissant ainsi les coûts des matières premières pour la synthèse du méthanol.
2. Réduction des Coûts de Capture du Carbone : À mesure que la technologie de capture du carbone s'améliore et se développe, le coût de capture du dioxyde de carbone diminuera également progressivement, contribuant à réduire l'un des coûts des matières premières pour la synthèse du méthanol.
3. Amélioration de la Performance des Catalyseurs : L'amélioration de la performance des catalyseurs augmentera la sélectivité du méthanol et les taux de conversion en un seul passage, réduisant ainsi les coûts de processus.
4. Soutien Politique : Les politiques de soutien gouvernementales pour les nouvelles énergies et les industries chimiques, telles que les incitations fiscales et les subventions financières, contribueront également à réduire les coûts de synthèse du méthanol dans une certaine mesure.

Compte tenu des facteurs ci-dessus, il est prévu que dans les années à venir, grâce aux avancées technologiques et à la réduction des coûts, le coût de la synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone se rapprochera progressivement et pourrait potentiellement dépasser le coût des méthodes traditionnelles de production de méthanol. Cependant, le calendrier exact dépend du rythme des progrès technologiques, de la force du soutien politique et des changements dans la demande du marché, entre autres facteurs. Néanmoins, il est certain qu'avec la demande mondiale croissante de réduction du carbone et d'énergie propre, la réduction des coûts et l'application à grande échelle de la synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone seront une tendance irréversible.

IV. Perspectives Futures de Cette Technologie

1. Soutien Politique et Demande du Marché : Alors que l'attention mondiale au changement climatique s'intensifie, les gouvernements du monde entier introduisent des politiques pour promouvoir le développement de la technologie CCUS. Parallèlement, avec l'épuisement des ressources fossiles traditionnelles et la prise de conscience croissante de la protection de l'environnement, la demande du marché pour des produits énergétiques propres et à faible teneur en carbone augmente également. Cela offre un large espace de marché pour le développement de la technologie de synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone.

2. Innovation Technologique et Réduction des Coûts : Avec les progrès technologiques continus et l'application de la production à grande échelle, le coût de la synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone devrait encore diminuer. Par exemple, l'optimisation des performances des catalyseurs, l'amélioration de l'efficacité des réactions et la réduction de la consommation d'énergie peuvent réduire considérablement les coûts de production. De plus, à mesure que la technologie de production d'hydrogène basée sur les énergies renouvelables mûrit et que les coûts diminuent, le coût de l'hydrogène en tant que matière première baissera également de manière significative, stimulant davantage le développement de cette technologie.

3. Extension de la Chaîne Industrielle et Applications Diversifiées : En plus d'être une matière première chimique, le méthanol peut être converti en d'autres produits à haute valeur ajoutée tels que le formaldéhyde, l'acide acétique et l'éther diméthylique. Cela aidera à étendre la chaîne industrielle, à augmenter la valeur des produits et à élargir les champs d'application. Parallèlement, à mesure que la technologie continue de mûrir et que le marché s'étend, la technologie de synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone devrait être appliquée et promue dans davantage de domaines.

En résumé, la technologie de synthèse du méthanol à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone, en tant que méthode de production chimique respectueuse de l'environnement et efficace en ressources, a de vastes perspectives de développement. À l'avenir, avec le soutien des politiques, la promotion du marché, l'innovation technologique continue et la réduction des coûts, cette technologie devrait jouer un rôle de plus en plus important dans la réalisation des objectifs de "double carbone".

Rédigé par : Analyste en Énergie Hydrogène de SMM Xin Shi - 13515219405 (WeChat identique)