Il metanolo è un combustibile alternativo per la combustione interna e altri motori, sia in combinazione con benzina o direttamente (“pulito”). È usato in auto da corsa in molti paesi. Negli Stati Uniti, il combustibile a metanolo ha ricevuto meno attenzione rispetto al combustibile a base di etanolo come alternativa ai combustibili a base di petrolio. In generale, l’etanolo è meno tossico e ha una maggiore densità di energia, anche se il metanolo è meno costoso da produrre in modo sostenibile ed è un modo meno costoso per ridurre l’impronta di carbonio. Tuttavia, per ottimizzare le prestazioni del motore, la disponibilità di carburante, la tossicità e il vantaggio politico, è probabile che una miscela di etanolo, metanolo e petrolio sia preferibile all’utilizzo di una qualsiasi di queste singole sostanze. Il metanolo può essere ottenuto da idrocarburi o risorse rinnovabili, in particolare gas naturale e biomassa, rispettivamente. Può anche essere sintetizzato da CO2 (anidride carbonica) e idrogeno.

Il metanolo è spesso usato come combustibile, solitamente miscelato con benzina, ma a causa degli svantaggi, non è così popolare come altri, come potrebbe essere l’etanolo. Il vantaggio più notevole che presenta, è la sua semplice fabbricazione, a partire da metano, o attraverso la pirolisi di materia organica. Tuttavia, la pirolisi non è conveniente a meno che non si lavori a livello industriale, altrimenti non sarebbe economico. Un altro svantaggio è la sua elevata tossicità, motivo per cui è necessario prestare molta attenzione e attenzione quando lo si maneggia o lo si usa. Il metanolo è considerato un prodotto termochimico di tipo base, da cui si ottengono vari prodotti secondari.

Storia e produzione
Storicamente, il metanolo è stato inizialmente prodotto dalla distillazione distruttiva (pirolisi) del legno, con conseguente denominazione inglese comune di alcol di legno.

Attualmente, il metanolo viene solitamente prodotto utilizzando il metano (il principale costituente del gas naturale) come materia prima. In Cina, il metanolo è fatto per il combustibile del carbone.

Il “biometanolo” può essere prodotto dalla gassificazione di materiali organici al gas di sintesi seguito dalla sintesi convenzionale del metanolo. Questo percorso può offrire la produzione di metanolo da biomassa a rendimenti fino al 75%. La produzione diffusa di questa rotta ha il potenziale proposto di offrire carburante a metanolo a basso costo e con benefici per l’ambiente. Questi metodi di produzione, tuttavia, non sono adatti per la produzione su piccola scala.

Recentemente, il metanolo è stato prodotto utilizzando energia rinnovabile e anidride carbonica come materia prima. Carbon Recycling International, una società islandese-americana, ha completato il primo impianto di metanolo rinnovabile su scala commerciale nel 2011.

Maggiore consumo di carburante
Durante la crisi petrolifera dell’OPEC del 1973, Reed e Lerner (1973) hanno proposto il metanolo dal carbone come combustibile comprovato con una tecnologia manifatturiera consolidata e risorse sufficienti per sostituire la benzina. Hagen (1976) ha esaminato le prospettive per la sintesi di metanolo da risorse rinnovabili e il suo utilizzo come combustibile. Poi, nel 1986, la Swedish Motor Fuel Technology Co. (SBAD) ha ampiamente esaminato l’uso di alcoli e miscele di alcol come carburanti. Ha esaminato il potenziale di produzione di metanolo da gas naturale, oli molto pesanti, scisti bituminosi, carbone, torba e biomassa. Nel 2005, il vincitore del premio Nobel George A. Olah ei suoi colleghi hanno sostenuto un’intera economia del metanolo basata sullo stoccaggio di energia nel metanolo prodotto sinteticamente. Il Methanol Institute, l’organizzazione dell’industria del metanolo, pubblica relazioni e presentazioni sul metanolo. Il regista Gregory Dolan ha presentato l’industria mondiale del metanolo nel 2008 in Cina.

Il 26 gennaio 2011, la direzione generale della concorrenza dell’Unione europea ha approvato l’assegnazione da parte dell’Agenzia svedese dell’energia di 500 milioni di corone svedesi (circa 56 milioni di euro a gennaio 2011) per la costruzione di 3 miliardi di corone svedesi (circa 335 milioni di euro) impianto di biocarburanti per lo sviluppo sperimentale su scala industriale per la produzione di biometanolo e BioDME presso il complesso di bioraffineria Domsjö Fabriker a Örnsköldsvik, in Svezia, utilizzando la tecnologia di gassificazione dei liquori neri di Chemrec.

usi

Combustibile per motori a combustione interna
Sia il metanolo che l’etanolo bruciano a temperature inferiori rispetto alla benzina, ed entrambi sono meno volatili, rendendo più difficile l’avviamento del motore a basse temperature. L’uso del metanolo come carburante nei motori con accensione a scintilla può offrire una maggiore efficienza termica e una maggiore potenza (rispetto alla benzina) grazie al suo alto numero di ottano (114) e al calore elevato di vaporizzazione. Tuttavia, il suo basso contenuto energetico di 19,7 MJ / kg e il rapporto aria-carburante stechiometrico di 6.42: 1 significano che il consumo di carburante (su base volumetrica o di massa) sarà maggiore rispetto ai combustibili idrocarburici. L’acqua in più prodotta rende anche la carica piuttosto umida (simile ai motori a combustione di idrogeno / ossigeno) e con la formazione di prodotti acidi durante la combustione, l’usura delle valvole, delle sedi delle valvole e del cilindro potrebbe essere superiore rispetto alla combustione di idrocarburi. Alcuni additivi possono essere aggiunti al carburante per neutralizzare questi acidi.

Il metanolo, come l’etanolo, contiene contaminanti solubili e insolubili. Questi contaminanti solubili, ioni alogenuri come gli ioni cloruro, hanno un grande effetto sulla corrosività dei carburanti alcolici.Gli ioni alogenuri aumentano la corrosione in due modi; essi attaccano chimicamente pellicole di ossido passivante su diversi metalli causando corrosione per vaiolatura e aumentano la conduttività del combustibile. L’aumento della conduttività elettrica favorisce la corrosione elettrica, galvanica e ordinaria nell’impianto di alimentazione. Contaminanti solubili, come l’idrossido di alluminio, anch’esso prodotto dalla corrosione degli ioni alogenuro, intasano l’impianto di alimentazione nel tempo.

Il metanolo è (in termini automobilistici) igroscopico, il che significa che assorbirà il vapore acqueo direttamente dall’atmosfera. Poiché l’acqua assorbita diluisce il valore del carburante del metanolo (anche se sopprime il battito del motore) e può causare la separazione di fase delle miscele di metanolo-benzina, i contenitori di carburanti a metanolo devono essere tenuti ben sigillati.

Rispetto alla benzina, il metanolo è più tollerante al ricircolo dei gas di scarico (EGR), che migliora l’efficienza del carburante dei motori a combustione interna utilizzando il ciclo Otto e l’accensione a scintilla.

Un acido, anche se debole, metanolo attacca il rivestimento di ossido che normalmente protegge l’alluminio dalla corrosione:

6 CH ₃ OH + Al ₂ O ₃ → 2 Al (OCH ₃ ) ₃ + 3 H ₂ O
I sali di metossido risultanti sono solubili in metanolo, risultando in una superficie di alluminio pulita, che è prontamente ossidata dall’ossigeno disciolto. Inoltre, il metanolo può agire come un ossidante:

6 CH ₃ OH + 2 Al → 2 Al (OCH ₃ ) ₃ + 3 H ₂
Questo processo reciproco alimenta efficacemente la corrosione finché il metallo non viene consumato o la concentrazione di CH3OH è trascurabile. La corrosività del metanolo è stata affrontata con materiali compatibili con metanolo e additivi per carburanti che fungono da inibitori di corrosione.

Il metanolo organico, prodotto da legno o altri materiali organici (bioalcool), è stato suggerito come alternativa rinnovabile agli idrocarburi a base di petrolio. Bassi livelli di metanolo possono essere utilizzati nei veicoli esistenti con l’aggiunta di cosolventi e inibitori di corrosione.

Da corsa
Il metanolo puro è richiesto dalla regola per essere usato su Champcars, Monster Trucks, USAC sprint (oltre a midget, modifiche, ecc.), E altre serie di dirt track, come World of Outlaws e Motorcycle Speedway, principalmente perché, in In caso di incidente, il metanolo non produce una nuvola opaca di fumo. Dalla fine degli anni ’40, il metanolo è anche usato come ingrediente primario nei propulsori per radiocomando, linea di comando e aeromodelli a volo libero (vedi sotto), auto e camion; tali motori utilizzano una candeletta a filamento di platino che accende il vapore di metanolo attraverso una reazione catalitica. Trascina corridori, piloti di fango e estrattori per trattori pesantemente modificati anche il metanolo come fonte primaria di carburante. Il metanolo è richiesto con un motore sovralimentato in un Top Alcohol Dragster e, fino alla fine della stagione 2006, tutti i veicoli di Indianapolis 500 dovevano funzionare a metanolo. Come carburante per i corridori di fango, il metanolo miscelato con benzina e ossido di azoto produce più energia della benzina e del protossido di azoto da solo.

A partire dal 1965, il metanolo puro è stato utilizzato in modo diffuso nella competizione automobilistica Indy USAC, che all’epoca includeva la Indianapolis 500.

Un incidente di sette auto al secondo giro della Indianapolis 500 del 1964 ha portato alla decisione dell’USAC di incoraggiare, e in seguito a mandare, l’uso del metanolo. Eddie Sachs e Dave MacDonald sono morti nello schianto quando le loro auto a benzina sono esplose. Il fuoco innescato dalla benzina ha creato una pericolosa nuvola di denso fumo nero che ha bloccato completamente la vista della pista per le auto in arrivo. Johnny Rutherford, uno degli altri piloti coinvolti, ha guidato un’automobile alimentata a metanolo, che ha fatto trapelare anche dopo l’incidente. Mentre questa macchina bruciava dall’impatto della prima palla di fuoco, formava un inferno molto più piccolo rispetto alle auto a benzina e una che bruciava in modo invisibile. Quella testimonianza, e le pressioni dello scrittore The Indianapolis Star George Moore, portarono al passaggio al combustibile alcolico nel 1965.

Il metanolo è stato utilizzato dal circuito CART durante la sua intera campagna (1979-2007). Viene anche utilizzato da organizzazioni con molte piste brevi, in particolare le midget, le auto sprint e le bici da corsa veloce. Il metanolo puro è stato utilizzato dall’IRL dal 1996 al 2006.

Nel 2006, in collaborazione con l’industria dell’etanolo, l’IRL ha utilizzato come combustibile una miscela di etanolo al 10% e metanolo al 90%. A partire dal 2007, l’IRL è passato all’etanolo “puro” E100.

Il metanolo è anche ampiamente utilizzato nelle gare di resistenza, principalmente nella categoria Top Alcohol, mentre tra il 10% e il 20% il metanolo può essere utilizzato nelle classi Top Fuel oltre al nitrometano.

La Formula 1 continua a utilizzare la benzina come carburante, ma nel Gran Premio prebellico il metanolo veniva spesso utilizzato nel carburante.

Il metanolo è anche usato nelle corse di Monster Truck.

Sicurezza nei carburanti per autotrazione
Il metanolo puro è stato utilizzato nelle corse automobilistiche a ruote scoperte dalla metà degli anni ’60. A differenza degli incendi del petrolio, gli incendi di metanolo possono essere estinti con acqua naturale. Un fuoco a base di metanolo brucia in modo invisibile, a differenza della benzina, che brucia con una fiamma visibile. Se si verifica un incendio sulla pista, non vi è alcuna fiamma o fumo che ostruisca la vista dei conducenti che si avvicinano velocemente, ma ciò può anche ritardare la rilevazione visiva del fuoco e l’inizio della soppressione dell’incendio. La decisione di passare definitivamente al metanolo nelle corse IndyCar americane è stata il risultato del devastante incidente ed esplosione alla Indianapolis 500 del 1964, che ha ucciso i piloti Eddie Sachs e Dave MacDonald. Nel 2007 IndyCars è passato dal metanolo all’etanolo.

Carburante per motori modello
I primi modelli di motori per aeromodelli a volo libero volati prima della fine della seconda guerra mondiale utilizzavano un mix 3: 1 di gasolio e olio motore a viscosità pesante per i motori a scintilla a due tempi utilizzati per l’hobby in quel momento. Nel 1948, i nuovi modelli di motori con accensione ad incandescenza iniziarono a conquistare il mercato, richiedendo l’uso di metanolo per reagire in una reazione catalitica con il filamento di platino arrotolato in una candeletta per far funzionare il motore, solitamente usando un olio di ricino lubrificante a base di contenuto contenuto nella miscela di carburanti con un rapporto di circa 4: 1. La varietà ad accensione comandata del motore del modello, poiché non richiedeva più una batteria di bordo, una bobina di accensione, punti di accensione e condensatore necessari per un motore modello di accensione a scintilla, un peso prezioso risparmiato e un aeromodello migliore per prestazioni di volo migliori. Nelle tradizionali forme a quattro tempi a due tempi sempre più diffuse e popolari, i motori a incandescenza alimentati a metanolo monocilindrico attualmente prodotti sono la scelta usuale per aerei radiocomandati per uso ricreativo, per cilindrate che possono variare da 0,8 cm3 (0,049 cu.in .) con cilindrata da 25 a 32 cm3 (1.5-2.0 cu.in), e spostamenti significativamente maggiori per i motori di aeromodellismo a doppio cilindro e cilindri opposti, molti dei quali sono a quattro tempi. La maggior parte dei motori di modello alimentati a metanolo, in particolare quelli prodotti al di fuori del Nord America, possono essere facilmente utilizzati con il cosiddetto combustibile a metanolo di specifica FAI. Tali miscele di carburante possono essere richieste dal FAI per determinati eventi nella cosiddetta competizione internazionale “Classe F” della FAI, che proibiscono l’uso del nitrometano come componente del carburante per motori a incandescenza. Al contrario, le imprese in Nord America che producono motori modello alimentati a metanolo o che hanno sede al di fuori di tale continente e hanno un importante mercato in Nord America per tali centrali elettriche miniaturizzate tendono a produrre motori che possono e spesso funzionano meglio con una certa percentuale di nitrometano nel carburante, che se usato può essere compreso tra il 5% e il 10% del volume e può essere compreso tra il 25 e il 30% del volume totale di carburante.

Tossicità
Il metanolo si trova naturalmente nel corpo umano e in alcuni frutti, ma è velenoso in alta concentrazione. L’ingestione di 10 ml può causare cecità e 60-100 ml possono essere fatali se la condizione non è trattata. Come molti prodotti chimici volatili, il metanolo non deve essere ingerito per essere pericoloso poiché il liquido può essere assorbito attraverso la pelle e i vapori attraverso i polmoni. Il metanolo è molto più sicuro se miscelato con etanolo, anche a percentuali di etanolo relativamente basse.

L’esposizione massima consentita negli Stati Uniti nell’aria (40 h / settimana) è di 1900 mg / m³ per l’etanolo, 900 mg / m³ per la benzina e 1260 mg / m³ per il metanolo. Tuttavia, è molto meno volatile della benzina, e quindi ha emissioni evaporative più basse, producendo un rischio di esposizione inferiore per una fuoriuscita equivalente. Mentre il metanolo offre percorsi di esposizione alla tossicità leggermente diversi, la tossicità effettiva non è peggiore di quella del benzene o della benzina e l’avvelenamento da metanolo è molto più facile da trattare con successo. Una preoccupazione sostanziale è che l’avvelenamento da metanolo generalmente deve essere trattato mentre è ancora asintomatico per il pieno recupero.

Il rischio di inalazione è mitigato da un caratteristico odore pungente. In concentrazioni superiori a 2.000 ppm (0,2%) è generalmente abbastanza evidente, tuttavia concentrazioni più basse possono rimanere non rilevate pur essendo potenzialmente tossiche per esposizioni più lunghe e possono comunque presentare un rischio di incendio / esplosione. Ancora una volta, questo è simile alla benzina e all’etanolo; esistono protocolli di sicurezza standard per il metanolo e sono molto simili a quelli per la benzina e l’etanolo.

L’uso di metanolo riduce le emissioni di scarico di alcune tossine legate agli idrocarburi come benzene e 1,3 butadiene e riduce drasticamente l’inquinamento a lungo termine delle acque sotterranee causato da fuoriuscite di carburante. A differenza dei carburanti della famiglia benzene, il metanolo si biodegrada rapidamente e non tossicamente senza alcun danno a lungo termine per l’ambiente, purché sia ​​sufficientemente diluito.

confronti

Gas	Densita ‘energia	Rapporto di miscelazione dell’aria – Carburante	Energia specifica	Calore di Vaporizzazione	RON	MON
Benzina e biogasolina	32 MJ / L	14.6	2,9 MJ / kg di aria	0,36 MJ / kg	91-99	81-89
butanolo	29,2 MJ / L	11.1	3,2 MJ / kg di aria	0,43 MJ / kg	96	78
etanolo	19.6 MJ / L	9.0	3,0 MJ / kg di aria	0,92 MJ / kg	107	89
metanolo	16 MJ / L	6.4	3,1 MJ / kg di aria	1,2 MJ / kg	106	92

biometanolo
Il metanolo è un combustibile alternativo per motori a combustione interna e altri, in combinazione con benzina o direttamente (“puro”). È usato in auto da corsa e in Cina. Negli Stati Uniti, il combustibile a metanolo ha ricevuto meno attenzione del combustibile a base di etanolo, come alternativa ai combustibili a base di petrolio; poiché negli anni 2000, in particolare, con il supporto dell’etanolo a base di mais, offriva alcuni vantaggi politici. In generale, l’etanolo è meno tossico e ha una maggiore densità di energia, sebbene il metanolo sia meno costoso da produrre in modo sostenibile ed è un modo meno costoso per ridurre l’impronta di carbonio. Tuttavia, per ottimizzare le prestazioni del motore, la disponibilità di carburante, la tossicità e i vantaggi politici, è probabile che una miscela di etanolo, metanolo e petrolio sia preferibile all’uso di una qualsiasi di queste singole sostanze. Il metanolo può essere ottenuto da risorse fossili o rinnovabili, in particolare gas naturale e biomassa, rispettivamente.

Sicurezza antincendio
Il metanolo è molto più difficile da innescare di benzina e brucia circa il 60% più lentamente. Un fuoco di metanolo rilascia energia a circa il 20% della velocità di un incendio a benzina, risultando in una fiamma molto più fredda. Ciò si traduce in un incendio molto meno pericoloso che è più facile da contenere con protocolli adeguati. A differenza dei fuochi a benzina, l’acqua è accettabile e persino preferita come antincendio per gli incendi di metanolo, poiché entrambi raffredda il fuoco e diluisce rapidamente il carburante al di sotto della concentrazione, dove manterrà l’autoinfiammabilità. Questi fatti indicano che, come carburante per veicoli, il metanolo ha grandi vantaggi in termini di sicurezza rispetto alla benzina. L’etanolo condivide molti di questi stessi vantaggi.

Poiché il vapore di metanolo è più pesante dell’aria, si attarderà vicino al terreno o in un pozzo a meno che non vi sia una buona ventilazione, e se la concentrazione di metanolo è superiore al 6,7% nell’aria può essere accesa da una scintilla ed esploderà sopra 54 F / 62 C. Una volta in fiamme, un fuoco di metanolo non diluito emette pochissima luce visibile, rendendo potenzialmente molto difficile vedere l’incendio o persino stimarne le dimensioni in pieno giorno, sebbene nella stragrande maggioranza dei casi, inquinanti esistenti o infiammabili nel il fuoco (come le gomme o l’asfalto) colorerà e migliorerà la visibilità del fuoco. L’etanolo, il gas naturale, l’idrogeno e altri carburanti esistenti offrono simili problemi di sicurezza antincendio e per tutti questi carburanti esistono protocolli standard di sicurezza e antincendio.

La mitigazione del danno ambientale post-incidente è facilitata dal fatto che il metanolo a bassa concentrazione è biodegradabile, a bassa tossicità e non persistente nell’ambiente. La pulizia post-incendio spesso richiede semplicemente grandi quantità aggiuntive di acqua per diluire il metanolo versato, seguito dall’aspirazione o dal recupero di assorbimento del fluido. Qualsiasi metanolo che inevitabilmente sfugge all’ambiente avrà un impatto a lungo termine, e con una diluizione sufficiente si biodegraderà rapidamente con poco o nessun danno ambientale a causa della tossicità. Una fuoriuscita di metanolo che si combina con una fuoriuscita di benzina esistente può causare la fuoriuscita di metanolo / benzina mista per persistere tra il 30% e il 35% in più rispetto alla sola benzina.

Uso

stati Uniti
Lo Stato della California ha condotto un programma sperimentale dal 1980 al 1990 che ha permesso a chiunque di convertire un veicolo a benzina [vago] all’85% di metanolo con il 15% di additivi di prima scelta. Oltre 500 veicoli sono stati convertiti in alta compressione e uso dedicato del metanolo 85/15 e dell’etanolo.

Nel 1982 i tre grandi ricevettero ciascuno $ 5.000.000 per la progettazione e contratti per 5.000 veicoli che sarebbero stati acquistati dallo Stato. Si trattava di un uso anticipato di veicoli a combustibile flessibile a bassa compressione.

Nel 2005, il governatore della California, Arnold Schwarzenegger, interruppe l’uso del metanolo per unirsi all’utilizzo in espansione dell’etanolo guidato dai produttori di mais. Nel 2007 l’etanolo costava da 3 a 4 dollari per gallone (da 0,8 a 1,05 dollari al litro) alla pompa, mentre il metanolo ricavato dal gas naturale rimane a 47 centesimi per gallone (12,5 centesimi al litro) alla rinfusa, non alla pompa.

Attualmente non ci sono stazioni di servizio operative in California che forniscono metanolo nelle loro pompe. Rep. Eliot Engel [D-NY17] ha presentato al Congresso una legge “Un open fuel standard”: “Richiedere ai produttori di automobili di garantire che non meno dell’80% delle automobili prodotte o vendute negli Stati Uniti da ciascun produttore su miscele di carburante contenenti 85% di etanolo, 85% di metanolo o biodiesel. ”

Unione europea
La direttiva modificata sulla qualità dei carburanti adottata nel 2009 consente di miscelare fino al 3% v / v di metanolo nella benzina.

Brasile
Una spinta ad aggiungere un’apprezzabile percentuale di metanolo alla benzina è stata molto vicina all’implementazione in Brasile, a seguito di un test pilota realizzato da un gruppo di scienziati che ha coinvolto la miscelazione di benzina con metanolo tra il 1989 e il 1992. L’esperimento pilota su larga scala che doveva essere condotto a San Paolo è stato posto il veto all’ultimo minuto dal sindaco della città, preoccupato per la salute dei lavoratori delle stazioni di servizio, che non si aspettavano di seguire le precauzioni di sicurezza. A partire dal 2006, l’idea non è riemersa.

India
Niti Aayog, La commissione di pianificazione dell’India del 3 agosto 2018 ha annunciato che, se fattibile, i veicoli passeggeri funzioneranno con il 15% di metanolo misto di carburante. Attualmente, i veicoli in India utilizzano fino al 10% di carburante miscelato con etanolo. Se approvato dal governo, ridurrà i costi mensili del carburante del 10%. In India l’etanolo costa Rs 42 al litro, mentre il prezzo del metanolo è stato stimato a meno di Rs 20 al litro.