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ガス・ツー・リキッド（GTL）は、天然ガスやその他の気体炭化水素をガソリンやディーゼル燃料などの長鎖炭化水素に変換する精製プロセスです。メタンを多く含むガスは液体合成燃料に変換されます。大きく分けて2つの戦略があります。（i）メタンを直接部分燃焼させてメタノールにする、（ii）一酸化炭素と水素を炭化水素に変換するフィッシャー・トロプシュ法に似たプロセス。戦略iiに続いて、水素と一酸化炭素の混合物を液体に変換するさまざまな方法が用いられます。直接部分燃焼は自然界で実証されていますが、商業的に再現されていません。部分燃焼に依存する技術は、主に天然ガスが安価な地域で商業化されています。[ 1 ] [ 2 ]
GTLの動機は、メタンよりも輸送しやすい液体燃料を生産することにある。メタンは加圧下で液化するために、臨界温度である-82.3 ℃以下に冷却する必要がある。関連する極低温装置のため、輸送にはLNGタンカーが使用される。メタノールは取り扱いが容易な可燃性液体であるが、そのエネルギー密度はガソリンの半分である。[ 3 ]
GtLプロセスは、一酸化炭素（CO）と水素（H₂）の混合物を長鎖炭化水素に変換するいくつかの化学反応からなるフィッシャー・トロプシュ法によって確立される。これらの炭化水素は通常液体または半液体であり、理想的には（CnH₂n + 2 ）の式を持つ。
フィッシャー・トロプシュ法に必要なCO と H 2の混合物を得るために、メタン(天然ガスの主成分) を部分酸化すると、主に二酸化炭素、一酸化炭素、水素ガス(場合によっては水と窒素) からなる合成ガス混合物が得られます。[ 4 ]合成ガス混合物中の一酸化炭素と水素の比率は、例えば水性ガスシフト反応を用いて調整できます。合成ガス混合物から不純物、特に窒素、二酸化炭素、水を除去すると、純粋な合成ガス(シンガス) が得られます。
純粋な合成ガスはフィッシャー・トロプシュ法に送られ、そこで鉄またはコバルト触媒上で反応して、アルコールを含む合成炭化水素が生成される。
メタノールは、メタン（天然ガス）から一連の3つの反応を経て作られます。
このようにして生成されたメタノールは、モービルプロセスおよびメタノールからオレフィンへの変換によってガソリンに変換することができる。
1970年代初頭、モービル社は天然ガスを合成ガスに変換し、さらにメタノールに変換する代替プロセスを開発した。メタノールはゼオライト触媒の存在下で反応し、様々な化合物を生成する。最初の段階では、メタノールは部分的に脱水されてジメチルエーテルを生成する。
ジメチルエーテルとメタノールの混合物は、ZSM-5などのゼオライト触媒上でさらに脱水され、実際には重合および水素化されて、燃料重量の80%を占める5個以上の炭素原子を有する炭化水素を含むガソリンが得られる。中国では、JAMGが石炭由来のメタノールからMobil MTGプロセスを実施している。MTGのより現代的な実装としては、Topsøe改良ガソリン合成（TiGAS）がある。[ 5 ]
メタノールは、ゼオライトおよびSAPOベースの不均一触媒を使用してオレフィンに変換できます。触媒の細孔サイズに応じて、このプロセスは重要なモノマーであるC2またはC3のいずれかの生成物を得ることができます。[ 6 ] [ 7 ]
メタノールからオレフィンへの技術は、石炭ガス化からプラスチックを製造するために中国で広く使用されています。また、将来的に化石燃料を使わないプラスチックを製造する方法として議論されています。[ 8 ]
3つ目のガス液化プロセスは、MTG技術を基盤として、熱化学単一ループプロセスによって天然ガス由来の合成ガスをドロップインガソリンとジェット燃料に変換するものである。[ 9 ]
STG+プロセスは、1つの連続プロセスループで4つの主要なステップに従います。このプロセスは、合成ガスを合成燃料に変換する4つの固定床反応器が直列に接続されています。高オクタン価合成ガソリンを製造するステップは次のとおりです。[ 10 ]
GTLの主なターゲットがメタンであることから、メタンを処理する3つの酵素に多くの注目が集まっています。これらの酵素は、メタンを唯一の炭素源およびエネルギー源として代謝する微生物であるメタン資化菌の存在を支えています。好気性メタン資化菌は、メタンをメタノールに酸化する酵素を保有しています。関連する酵素はメタンモノオキシゲナーゼであり、可溶性および粒子状（すなわち膜結合型）の両方の形態で存在します。これらの酵素は、以下の化学量論に従って酸化を触媒します。
嫌気性メタン資化菌は、メチル補酵素M還元酵素と呼ばれる酵素を用いたメタンの生物変換に依存している。これらの生物は逆メタン生成を行う。これらのメタン変換酵素のメカニズムを解明するために多大な努力がなされており、これにより、これらの酵素の触媒作用を試験管内で再現することが可能になる。[ 11 ]
バイオディーゼルは、微生物であるMoorella thermoaceticaとYarrowia lipolyticaを使用してCO2から製造できます。このプロセスは、生物学的ガス液化として知られています。[ 12 ]
ガス液化プロセスを使用すると、製油所はガス廃棄物（フレアガス）の一部を価値ある燃料油に変換でき、そのまま販売することも、ディーゼル燃料とのみ混合することもできます。世界銀行は、年間1,500億立方メートル（5.3 × 10 ^ 12立方フィート）を超える天然ガスが燃焼または放出されていると推定しており、これは約306億ドルの価値があり、米国のガス消費量の25％または欧州連合の年間ガス消費量の30％に相当します[ 13 ]。これはGTLを使用して有用な資源となる可能性があります。ガス液化プロセスは、パイプラインを建設することが経済的ではない場所でガス鉱床を経済的に抽出するためにも使用できます。このプロセスは、原油資源が枯渇するにつれてますます重要になります。
ロイヤル・ダッチ・シェルは、マレーシアのビントゥルにある工場で天然ガスからディーゼルを生産している。シェルの別のGTL施設は、世界最大のGTL施設であるカタールのパールGTLプラントである。 [ 14 ] [ 15 ]サソルは最近、カタールのラス・ラファン工業都市にオリックスGTL施設を建設し、ウズベクネフテガスおよびペトロナスと共同でウズベキスタンGTLプラントを建設している。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]シェブロン社は、ナイジェリア国営石油公社との合弁事業で、サソルの技術を使用したナイジェリアのエスクラボスGTLを稼働させている。南アフリカの国営石油会社であるペトロSAは、サソルのGTL技術を使用して、モッセルベイに日量22,000バレル（容量）のGTLプラントを所有および運営している。[ 19 ]
新世代のGTL技術は、非在来型、遠隔地、問題のあるガスを価値ある液体燃料に変換することを目的として開発が進められています。[ 20 ] [ 21 ]革新的なフィッシャー・トロプシュ触媒を用いたGTLプラントはINFRA Technologyによって建設されました。その他、主に米国企業としては、Velocys、ENVIA Energy、Waste Management、NRG Energy、ThyssenKrupp Industrial Solutions、Liberty GTL、Petrobras、[ 22 ] Greenway Innovative Energy、[ 23 ] Primus Green Energy、[ 24 ] Compact GTL、[ 25 ] Petronas [ 26 ]などがあります。 これらのプロセスのいくつかは、ジェット燃料を用いた実証飛行でその有効性が証明されています。[ 27 ] [ 28 ]
ガス資源の枯渇問題に対する別の解決策として、ガスをメタノール、ディーゼル、ガソリン、合成原油、ナフサなどの液体に洋上で変換するための新しいFPSOの使用が提案されている。[ 29 ]
天然ガスを使用した GTL は、原油換算バレル(BOE) ベースで、現在の天然ガス価格と原油価格の間に大きな差がある場合に、より経済的です。係数 0.1724 は、完全な石油パリティをもたらします。[ 30 ] GTL は、原油価格よりも安価な、拡大する世界の天然ガス生産において、ディーゼル/ガソリン/原油の国際価格を天然ガス価格と同等に引き下げるメカニズムです。天然ガスを GTL に変換すると、液体製品は、輸入国でLNGに変換してさらに液体製品に変換するよりも、より安価で輸出しやすくなります。 [ 31 ] [ 32 ]
しかし、GTL燃料は従来の燃料よりも製造コストがはるかに高い。[ 33 ]
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