El metanol es un combustible alternativo para la combustión interna y otros motores, ya sea en combinación con gasolina o directamente («limpio»). Se utiliza en los coches de carreras en muchos países. En los Estados Unidos, el combustible de metanol ha recibido menos atención que el combustible de etanol como alternativa a los combustibles derivados del petróleo. En general, el etanol es menos tóxico y tiene una mayor densidad de energía, aunque el metanol es menos costoso de producir de manera sostenible y es una forma menos costosa de reducir la huella de carbono. Sin embargo, para optimizar el rendimiento del motor, la disponibilidad de combustible, la toxicidad y la ventaja política, es probable que una mezcla de etanol, metanol y petróleo sea preferible al uso de cualquiera de estas sustancias individuales solo. El metanol se puede obtener a partir de hidrocarburos o recursos renovables, en particular gas natural y biomasa, respectivamente.También se puede sintetizar a partir de CO2 (dióxido de carbono) e hidrógeno.
El metanol se usa a menudo como combustible, generalmente mezclado con gasolina, pero debido a las desventajas, no es tan popular como otros, como puede ser el etanol. La ventaja más destacada que presenta, es su fabricación simple, a partir del metano o mediante la pirólisis de la materia orgánica. Sin embargo, la pirólisis no es conveniente a menos que trabaje a nivel industrial, de lo contrario no sería económico. Otra desventaja es su alta toxicidad, por lo que debe prestar mucha atención y cuidado al manipularlo o usarlo. El metanol se considera un producto petroquímico de tipo básico, del cual se obtienen diversos productos secundarios.
Historia y producción.
Históricamente, el metanol se produjo por primera vez por destilación destructiva (pirólisis) de la madera, dando como resultado su nombre común en inglés de alcohol de madera.
En la actualidad, el metanol generalmente se produce utilizando metano (el principal componente del gas natural) como materia prima. En China, el metanol se hace para el combustible del carbón.
El «biometanol» se puede producir mediante gasificación de materiales orgánicos a gas de síntesis seguido de síntesis de metanol convencional. Esta ruta puede ofrecer producción de metanol a partir de biomasa con eficiencias de hasta el 75%. La producción generalizada por esta ruta tiene un potencial propuesto para ofrecer combustible de metanol a bajo costo y con beneficios para el medio ambiente . Sin embargo, estos métodos de producción no son adecuados para la producción a pequeña escala.
Recientemente, el combustible de metanol se ha producido utilizando energía renovable y dióxido de carbono como materia prima. Carbon Recycling International, una compañía islandesa-estadounidense, completó la primera planta de metanol renovable a escala comercial en 2011.
Mayor uso de combustible
Durante la crisis del petróleo de la OPEP de 1973, Reed y Lerner (1973) propusieron el metanol a partir del carbón como un combustible probado con tecnología de fabricación bien establecida y recursos suficientes para reemplazar la gasolina. Hagen (1976) revisó las perspectivas para sintetizar metanol a partir de recursos renovables y su uso como combustible. Luego, en 1986, el Swedish Motor Fuel Technology Co. (SBAD) revisó ampliamente el uso de alcoholes y mezclas de alcohol como combustibles para motores. Revisó el potencial para la producción de metanol a partir de gas natural, aceites muy pesados, lutitas bituminosas, carbones, turba y biomasa. En 2005, el ganador del premio Nobel 2006 George A. Olah y sus colegas abogaron por una economía de metanol completa basada en el almacenamiento de energía en metanol producido sintéticamente. El Instituto de Metanol, la organización de la industria del comercio de metanol, publica informes y presentaciones sobre el metanol. El director Gregory Dolan presentó la industria mundial de combustible de metanol de 2008 en China.
El 26 de enero de 2011, la Dirección General de Competencia de la Unión Europea aprobó la concesión de la Agencia Sueca de Energía de 500 millones de coronas suecas (aproximadamente 56 millones de euros a enero de 2011) para la construcción de una corona sueca de 3.000 millones (aproximadamente 335 millones de euros). planta de biocombustibles para el desarrollo experimental a escala industrial para la producción de biometanol y BioDME en el complejo de biorrefinería Domsjö Fabriker en Örnsköldsvik, Suecia, utilizando la tecnología de gasificación de licor negro de Chemrec.
Usos
Combustible motor de combustión interna
Tanto el metanol como el etanol se queman a temperaturas más bajas que la gasolina, y ambos son menos volátiles, lo que dificulta el arranque del motor en climas fríos. El uso de metanol como combustible en los motores de encendido por chispa puede ofrecer una mayor eficiencia térmica y una mayor potencia de salida (en comparación con la gasolina) debido a su alto índice de octano (114) y su alto calor de vaporización. Sin embargo, su bajo contenido energético de 19.7 MJ / kg y su relación estequiométrica aire-combustible de 6.42: 1 significan que el consumo de combustible (en base de volumen o masa) será mayor que el de los hidrocarburos. El agua extra producida también hace que la carga sea bastante húmeda (similar a los motores de combustión de hidrógeno / oxígeno) y con la formación de productos ácidos durante la combustión, el desgaste de las válvulas, los asientos de las válvulas y el cilindro puede ser mayor que con la quema de hidrocarburos. Se pueden agregar ciertos aditivos al combustible para neutralizar estos ácidos.
El metanol, como el etanol, contiene contaminantes solubles e insolubles. Estos contaminantes solubles, los iones haluro, como los iones cloruro, tienen un gran efecto sobre la corrosividad de los combustibles alcohólicos. Los iones haluro aumentan la corrosión de dos maneras; atacan químicamente las películas de óxido pasivado en varios metales causando corrosión por picadura, y aumentan la conductividad del combustible. El aumento de la conductividad eléctrica promueve la corrosión eléctrica, galvánica y ordinaria en el sistema de combustible. Los contaminantes solubles, como el hidróxido de aluminio, un producto de la corrosión por los iones haluro, obstruyen el sistema de combustible con el tiempo.
El metanol es (en términos automotrices) higroscópico, lo que significa que absorberá el vapor de agua directamente de la atmósfera. Debido a que el agua absorbida diluye el valor del combustible del metanol (aunque suprime el golpe del motor), y puede causar la separación de fases de las mezclas de metanol y gasolina, los contenedores de combustibles de metanol deben mantenerse herméticamente cerrados.
En comparación con la gasolina, el metanol es más tolerante a la recirculación de los gases de escape (EGR), que mejora la eficiencia del combustible de los motores de combustión interna que utilizan el ciclo Otto y el encendido por chispa.
Un metanol ácido, aunque débil, ataca el recubrimiento de óxido que normalmente protege al aluminio de la corrosión:
6 CH 3 OH + Al 2 O 3 → 2 Al (OCH 3 ) 3 + 3 H 2 O
Las sales de metóxido resultantes son solubles en metanol, dando como resultado una superficie de aluminio limpia, que se oxida fácilmente con oxígeno disuelto. Además, el metanol puede actuar como oxidante:
6 CH 3 OH + 2 Al → 2 Al (OCH 3 ) 3 + 3 H 2
Este proceso recíproco alimenta efectivamente la corrosión hasta que el metal se consume o la concentración de CH3OH es insignificante. La corrosividad del metanol se ha abordado con materiales compatibles con metanol y aditivos de combustible que sirven como inhibidores de la corrosión.
El metanol orgánico, producido a partir de madera u otros materiales orgánicos (bioalcohol), se ha sugerido como una alternativa renovable a los hidrocarburos derivados del petróleo. Se pueden usar niveles bajos de metanol en los vehículos existentes con la adición de cosolventes e inhibidores de la corrosión.
Carreras
Se requiere por regla general que el metanol puro se use en los autos Champcars, Monster Trucks, USAC sprint (así como en los midgets, modificados, etc.), y otras series de pistas de tierra, como World of Outlaws, y Motorcycle Speedway, principalmente porque, en En caso de accidente, el metanol no produce una nube opaca de humo. Desde fines de la década de 1940, el metanol también se usa como el ingrediente principal de combustible en las centrales eléctricas para el control de radio, la línea de control y los aviones modelo de vuelo libre (ver más abajo), automóviles y camiones; dichos motores utilizan una bujía incandescente de filamento de platino que enciende el vapor de metanol a través de una reacción catalítica. Los corredores de arrastre, los de barro y los extractores de tractores muy modificados también usan metanol como fuente principal de combustible. El metanol se requiere con un motor sobrealimentado en un Top Alcohol Dragster y, hasta el final de la temporada 2006, todos los vehículos en las 500 Millas de Indianápolis tenían que funcionar con metanol. Como combustible para los corredores de lodo, el metanol mezclado con gasolina y óxido nitroso produce más energía que la gasolina y el óxido nitroso solo.
A partir de 1965, el metanol puro se usó ampliamente en la competencia de autos de USAC Indy, que en ese momento incluía las 500 Millas de Indianápolis.
Un choque de siete autos en la segunda vuelta de Indianapolis 500 en 1964 resultó en la decisión de USAC de alentar, y más tarde exigir, el uso de metanol. Eddie Sachs y Dave MacDonald murieron en el accidente cuando sus autos a gasolina explotaron. El fuego provocado por la gasolina creó una peligrosa nube de espeso humo negro que bloqueó completamente la vista de la pista para los automóviles que se aproximan. Johnny Rutherford, uno de los otros conductores involucrados, conducía un automóvil que funcionaba con metanol, que también se filtró después del accidente. Mientras que este carro se quemó por el impacto de la primera bola de fuego, formó un infierno mucho más pequeño que el de los autos de gasolina, y uno que se quemó de manera invisible. Ese testimonio y la presión del escritor de The Indianapolis Star, George Moore, llevaron al cambio de combustible de alcohol en 1965.
El circuito CART utilizó metanol durante toda su campaña (1979-2007). También es utilizado por muchas organizaciones de pistas cortas, especialmente coches en miniatura, veloces y motos de velocidad. El metanol puro fue usado por el IRL desde 1996-2006.
En 2006, en asociación con la industria del etanol, el IRL utilizó una mezcla de etanol al 10% y metanol al 90% como combustible. A partir de 2007, el IRL cambió a etanol «puro», E100.
El combustible de metanol también se usa ampliamente en las carreras de resistencia, principalmente en la categoría Top Alcohol, mientras que entre el 10% y el 20% de metanol se puede usar en las clases de Top Fuel además del nitrometano.
Las carreras de Fórmula 1 continúan usando la gasolina como su combustible, pero en las carreras de Gran Prix, el metanol se usaba a menudo en el combustible.
El metanol también se utiliza en las carreras de camiones monstruo.
Seguridad en combustibles automotrices.
El metanol puro se ha utilizado en las carreras automáticas de ruedas abiertas desde mediados de los años sesenta. A diferencia de los incendios de petróleo, los incendios de metanol se pueden extinguir con agua corriente. Un incendio a base de metanol se quema de manera invisible, a diferencia de la gasolina, que se quema con una llama visible. Si ocurre un incendio en la pista, no hay llamas ni humo que obstruya la vista de los conductores que se aproximan rápidamente, pero esto también puede retrasar la detección visual del incendio y el inicio de la supresión del incendio.La decisión de cambiar permanentemente al metanol en las carreras IndyCar estadounidenses fue el resultado del devastador choque y la explosión en el Indianapolis 500 de 1964, que mató a los conductores Eddie Sachs y Dave MacDonald. En 2007, IndyCars cambió de metanol a etanol.
Combustible para motores modelo.
Los primeros modelos de motores para aviones de vuelo libre volados antes del final de la Segunda Guerra Mundial utilizaban una mezcla 3: 1 de gas blanco y aceite de motor de alta viscosidad para los motores de encendido por chispa de dos tiempos utilizados para la afición en ese momento. En 1948, los nuevos motores modelo de encendido por bujías de incandescencia comenzaron a tomar el control del mercado, requiriendo el uso de combustible de metanol para reaccionar en una reacción catalítica con el filamento de platino enrollado en una bujía de incandescencia para que el motor funcione, generalmente utilizando aceite de ricino. a base de lubricante contenido en la mezcla de combustible en una proporción de aproximadamente 4: 1. La variedad de encendido por encendido del motor modelo, porque ya no requería una batería a bordo, bobina de encendido, puntos de encendido y condensador que un motor modelo de encendido por chispa, ahorró un peso valioso y permitió que el modelo de avión tuviera un mejor rendimiento de vuelo. En sus formas tradicionalmente populares de dos tiempos y cada vez más populares de cuatro tiempos, los motores incandescentes de un solo cilindro producidos con metanol que se producen actualmente son la opción habitual para los aviones controlados por radio para uso recreativo, para tamaños de motor que pueden variar desde 0,8 cm3 (0.049 pies cúbicos). .) hasta un desplazamiento de 25 a 32 cm3 (1.5-2.0 cu.in.), y desplazamientos significativamente más grandes para motores de avión de modelo de configuración radial y de cilindros opuestos de cilindros dobles y múltiples, muchos de los cuales tienen una configuración de cuatro tiempos. La mayoría de los motores modelo alimentados con metanol, especialmente los fabricados fuera de América del Norte, pueden funcionar fácilmente con el llamado combustible de metanol con especificación FAI. La FAI puede exigir tales mezclas de combustible para ciertos eventos en la llamada competencia internacional «Clase F» de FAI, que prohíbe el uso de nitrometano como un componente de combustible para motores de incandescencia. En contraste, las empresas en América del Norte que fabrican motores modelo alimentados con metanol, o que tienen su sede fuera de ese continente y tienen un mercado importante en América del Norte para tales centrales eléctricas en miniatura, tienden a producir motores que pueden y con frecuencia funcionan mejor con un cierto porcentaje de nitrometano en el combustible, que cuando se usa puede ser de tan solo 5% a 10% de volumen, y puede ser tanto como 25 a 30% del volumen total de combustible.
Toxicidad
El metanol se produce naturalmente en el cuerpo humano y en algunas frutas, pero es venenoso en alta concentración. La ingestión de 10 ml puede causar ceguera y 60-100 ml pueden ser fatales si la afección no se trata. Al igual que muchos productos químicos volátiles, el metanol no debe tragarse para que sea peligroso, ya que el líquido se puede absorber a través de la piel y los vapores a través de los pulmones. El combustible de metanol es mucho más seguro cuando se mezcla con etanol, incluso a porcentajes de etanol relativamente bajos.
La exposición máxima permitida en el aire en los Estados Unidos (40 h / semana) es de 1900 mg / m³ para el etanol, 900 mg / m³ para la gasolina y 1260 mg / m³ para el metanol. Sin embargo, es mucho menos volátil que la gasolina y, por lo tanto, tiene menos emisiones por evaporación, lo que produce un menor riesgo de exposición para un derrame equivalente. Si bien el metanol ofrece vías de exposición a la toxicidad algo diferentes, la toxicidad efectiva no es peor que la del benceno o la gasolina, y el envenenamiento por metanol es mucho más fácil de tratar con éxito. Una preocupación importante es que el envenenamiento por metanol generalmente debe tratarse mientras aún es asintomático para la recuperación completa.
El riesgo de inhalación se ve mitigado por un olor acre característico. En concentraciones superiores a 2.000 ppm (0.2%), generalmente es bastante notable, sin embargo, las concentraciones más bajas pueden permanecer sin ser detectadas y al mismo tiempo ser potencialmente tóxicas en exposiciones más largas, y pueden presentar un riesgo de incendio / explosión. De nuevo, esto es similar a la gasolina y el etanol; Existen protocolos de seguridad estándar para el metanol y son muy similares a los de la gasolina y el etanol.
El uso de combustible de metanol reduce las emisiones de escape de ciertas toxinas relacionadas con los hidrocarburos, como el benceno y el 1,3 butadieno, y reduce drásticamente la contaminación del agua subterránea a largo plazo causada por los derrames de combustible. A diferencia de los combustibles de la familia del benceno, el metanol se biodegradará de forma rápida y no tóxica sin dañar el medio ambiente a largo plazo siempre que esté suficientemente diluido.
Comparaciones
| Gas | Densidad de energia | Proporción de mezcla de aire – Combustible |
Energía específica | Calor de Vaporización |
RON | LUN |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gasolina y Biogasolina | 32 MJ / L | 14.6 | 2.9 MJ / kg aire | 0.36 MJ / kg | 91-99 | 81-89 |
| Butanol | 29.2 MJ / L | 11.1 | 3.2 MJ / kg aire | 0.43 MJ / kg | 96 | 78 |
| Etanol | 19.6 MJ / L | 9.0 | 3.0 MJ / kg aire | 0.92 MJ / kg | 107 | 89 |
| Metanol | 16 MJ / L | 6.4 | 3.1 MJ / kg de aire | 1.2 MJ / kg | 106 | 92 |
Biometanol
El metanol es un combustible alternativo para los motores de combustión interna y otros, ya sea en combinación con gasolina o directamente («puro»). Se utiliza en los coches de carreras y en China.En los EE. UU., El combustible de metanol ha recibido menos atención que el combustible de etanol, como alternativa a los combustibles derivados del petróleo; En particular, ya que en la década de 2000, con el apoyo del etanol a base de maíz, ofrecía ciertas ventajas políticas. En general, el etanol es menos tóxico y tiene una mayor densidad de energía, aunque el metanol es menos costoso de producir de manera sostenible y es una forma menos costosa de reducir la huella de carbono. Sin embargo, para optimizar el rendimiento del motor, la disponibilidad de combustible, la toxicidad y las ventajas políticas, es probable que una mezcla de etanol, metanol y petróleo sea preferible al uso de cualquiera de estas sustancias individuales. El metanol se puede obtener a partir de recursos fósiles o renovables, en particular gas natural y biomasa, respectivamente.
Seguridad contra incendios
El metanol es mucho más difícil de encender que la gasolina y se quema alrededor de un 60% más lento. Un fuego de metanol libera energía en alrededor del 20% de la velocidad de un incendio de gasolina, lo que resulta en una llama mucho más fría. Esto resulta en un incendio mucho menos peligroso que es más fácil de contener con los protocolos adecuados. A diferencia de los incendios de gasolina, el agua es aceptable e incluso se prefiere como un supresor de incendios para los incendios de metanol, ya que enfría el fuego y diluye rápidamente el combustible por debajo de la concentración, donde mantendrá la autoinflamabilidad. Estos hechos significan que, como combustible para vehículos, el metanol tiene grandes ventajas de seguridad sobre la gasolina. El etanol comparte muchas de estas mismas ventajas.
Dado que el vapor de metanol es más pesado que el aire, permanecerá cerca del suelo o en un pozo a menos que haya una buena ventilación, y si la concentración de metanol es superior al 6.7% en el aire, puede encenderse con una chispa y explotará por encima de 54 F / 62 C. Una vez en llamas, un fuego de metanol sin diluir emite muy poca luz visible, lo que hace que sea potencialmente muy difícil ver el fuego o incluso estimar su tamaño a plena luz del día, aunque en la gran mayoría de los casos, existen contaminantes o sustancias inflamables en el El fuego (como los neumáticos o el asfalto) coloreará y mejorará la visibilidad del fuego. El etanol, el gas natural, el hidrógeno y otros combustibles existentes ofrecen desafíos similares de seguridad contra incendios, y existen protocolos estándar de seguridad y extinción de incendios para todos estos combustibles.
La mitigación del daño ambiental posterior al accidente se ve facilitada por el hecho de que el metanol de baja concentración es biodegradable, de baja toxicidad y no persistente en el medio ambiente. La limpieza posterior al incendio a menudo solo requiere grandes cantidades adicionales de agua para diluir el metanol derramado, seguido de la aspiración o la recuperación de la absorción del fluido. Cualquier metanol que escurra inevitablemente al medio ambiente tendrá poco impacto a largo plazo, y con una dilución suficiente se biodegradará rápidamente con poco o ningún daño ambiental debido a la toxicidad. Un derrame de metanol que se combina con un derrame de gasolina existente puede hacer que el derrame mixto de metanol / gasolina persista entre un 30% y un 35% más de lo que hubiera hecho la gasolina sola.
Utilizar
Estados Unidos
El estado de California ejecutó un programa experimental de 1980 a 1990 que permitió a cualquier persona convertir un vehículo de gasolina [vago] a 85% de metanol con 15% de aditivos de elección.Más de 500 vehículos se convirtieron a alta compresión y uso exclusivo del metanol y etanol 85/15.
En 1982, a los tres grandes se les dieron $ 5,000,000 para el diseño y contratos de 5,000 vehículos que comprará el Estado. Fue un uso temprano de vehículos de combustible flexible de baja compresión.
En 2005, el gobernador de California, Arnold Schwarzenegger, detuvo el uso del metanol para unirse al uso en expansión del etanol impulsado por los productores de maíz. En 2007, el etanol tenía un precio de 3 a 4 dólares por galón (0,8 a 1,05 dólares por litro) en la bomba, mientras que el metanol producido a partir de gas natural se mantiene a 47 centavos por galón (12,5 centavos por litro) a granel, no en la bomba.
Actualmente no hay estaciones de servicio en California que suministren metanol en sus bombas. El representante Eliot Engel [D-NY17] introdujo la Ley «Estándar de combustible abierto» en el Congreso: «Para exigir a los fabricantes de automóviles que se aseguren de que no menos del 80 por ciento de los automóviles fabricados o vendidos en los Estados Unidos por cada uno de dichos fabricantes opere en mezclas de combustible que contienen 85 por ciento de etanol, 85 por ciento de metanol o biodiesel «.
Unión Europea
La Directiva de calidad de combustible modificada adoptada en 2009 permite hasta un 3% v / v de mezcla de metanol en gasolina.
Brasil
El impulso para agregar un porcentaje apreciable de metanol a la gasolina se aproximó mucho a la implementación en Brasil, luego de una prueba piloto establecida por un grupo de científicos que involucró la mezcla de gasolina con metanol entre 1989 y 1992. El experimento piloto a gran escala que iba a realizarse realizado en São Paulo fue vetado en el último minuto por el alcalde de la ciudad, por preocupación por la salud de los trabajadores de las gasolineras, que no se espera que sigan las precauciones de seguridad. A partir de 2006, la idea no ha resurgido.
India
Niti Aayog, la comisión de planificación de la India el 3 de agosto de 2018 anunció que, de ser posible, los vehículos de pasajeros funcionarán con un 15% de combustible mixto de metanol. En la actualidad, los vehículos en la India utilizan hasta un 10% de combustible mezclado con etanol. Si el gobierno lo aprueba, reducirá los costos mensuales de combustible en un 10%. En la India, el etanol cuesta Rs 42 por litro, mientras que el precio del metanol se ha estimado en menos de Rs 20 por litro.