Метанол — это альтернативное топливо для внутреннего сгорания и других двигателей, либо в сочетании с бензином, либо непосредственно («аккуратно»). Он используется в гоночных автомобилях во многих странах. В США метанольное топливо получает меньше внимания, чем топливо из этанола, в качестве альтернативы топливу на нефтяной основе. В общем, этанол менее токсичен и имеет более высокую плотность энергии, хотя метанол дешевле производить устойчиво и является менее дорогостоящим способом снижения углеродного следа. Однако для оптимизации работы двигателя, наличия топлива, токсичности и политических преимуществ смесь этанола, метанола и нефти, вероятно, будет предпочтительнее использования любого из этих отдельных веществ. Метанол может быть изготовлен из углеводородных или возобновляемых ресурсов, в частности природного газа и биомассы, соответственно. Он также может быть синтезирован из CO2 (углекислого газа) и водорода.

Метанол часто используется в качестве топлива, обычно смешивается с бензином, но из-за недостатков он не так популярен, как другие, как это может быть этанол. Наиболее выдающимся преимуществом, которое представляет, является его простое производство, начиная с метана или пиролизом органического вещества. Однако пиролиз не удобен, если вы не работаете на промышленном уровне, иначе это было бы неэкономично. Другим недостатком является высокая токсичность, поэтому вы должны уделять пристальное внимание и заботу при обращении с ним или использовании его. Метанол считается продуктохимическим основного типа, из которого получают различные вторичные продукты.

История и производство
Исторически метанол был впервые получен деструктивной дистилляцией (пиролизом) древесины, в результате чего было распространено английское название древесного спирта.

В настоящее время метанол обычно получают с использованием метана (главной составляющей природного газа) в качестве сырья. В Китае метанол производится для топлива из угля.

«Биометанол» может быть получен путем газификации органических материалов с синтез-газом с последующим традиционным синтезом метанола. Этот маршрут может обеспечить производство метанола из биомассы с эффективностью до 75%. Широко распространенное производство по этому маршруту имеет предлагаемый потенциал для предложения метанольного топлива по низкой цене и с выгодой для окружающей среды. Однако эти методы производства не подходят для мелкосерийного производства.

Недавно метанольное топливо было произведено с использованием возобновляемой энергии и углекислого газа в качестве исходного сырья. Компания Carbon Recycling International, исландско-американская компания, в 2011 году завершила производство первой в мире возобновляемой метанольной установки.

Основное использование топлива
Во время нефтяного кризиса ОПЕК 1973 Рид и Лернер (1973) предложили метанол из угля в качестве проверенного топлива с хорошо зарекомендовавшими себя технологиями производства и достаточными ресурсами для замены бензина. Хаген (1976) рассмотрел перспективы синтеза метанола из возобновляемых ресурсов и его использования в качестве топлива. Затем в 1986 году шведская Motor Motor Technology Co. (SBAD) широко рассмотрела использование спиртов и спиртовых смесей в качестве моторных топлив. В нем рассмотрены возможности производства метанола из природного газа, очень тяжелых масел, битуминозных сланцев, углей, торфа и биомассы. В 2005 году лауреат Нобелевской премии 2006 года Джордж А. Олах и его коллеги выступали за всю экономику метанола, основанную на хранении энергии в синтетическом метаноле. Институт метанола, организация по торговле метанолом, публикует доклады и презентации по метанолу. Директор Грегори Долан представил в 2008 году глобальную индустрию метанольного топлива в Китае.

26 января 2011 года Генеральный директорат Европейского союза по конкуренции одобрил награду Шведского энергетического агентства за 500 миллионов шведских крон (около 56 миллионов евро по состоянию на январь 2011 года) на строительство 3 миллиардов шведских крон (около 335 миллионов евро) производство биотоплива промышленного производства для производства биометанола и BioDME на биоресурсном комплексе Domsjö Fabriker в г. Орнскёльдсвик, Швеция, с использованием технологии газификации черного щелока Chemrec.

Пользы

Топливо внутреннего сгорания
Оба метанола и этанола сгорают при более низких температурах, чем бензин, и оба они менее летучие, что затрудняет запуск двигателя в холодную погоду. Использование метанола в качестве топлива в двигателях с искровым зажиганием может обеспечить повышенный тепловой КПД и увеличенную мощность (по сравнению с бензином) из-за высокого уровня октанового числа (114) и высокой температуры испарения. Однако его низкое энергопотребление 19,7 МДж / кг и стехиометрическое соотношение воздух-топливо 6,42: 1 означают, что расход топлива (на объемных или массовых основаниях) будет выше, чем углеводородное топливо. Дополнительная получаемая вода также делает заряд довольно влажным (подобно двигателям с водородным и кислородным двигателем) и с образованием кислотных продуктов во время сгорания, износ клапанов, седла клапанов и цилиндра может быть выше, чем при сжигании углеводородов. Некоторые добавки могут добавляться в топливо для нейтрализации этих кислот.

Метанол, такой как этанол, содержит растворимые и нерастворимые примеси. Эти растворимые примеси, галогенидные ионы, такие как ионы хлорида, оказывают большое влияние на коррозионную активность спиртовых топлив. Ионы галидов усиливают коррозию двумя способами; они химически атакуют пассивирующие оксидные пленки на нескольких металлах, вызывающих коррозионную коррозию, и повышают проводимость топлива.Повышенная электропроводность способствует электрической, гальванической и обычной коррозии в топливной системе. Растворимые примеси, такие как гидроксид алюминия, сами по себе являются продуктом коррозии галогенидными ионами, засоряют топливную систему с течением времени.

Метанол (в автомобильных условиях) гигроскопичен, то есть он будет поглощать водяной пар непосредственно из атмосферы. Поскольку поглощенная вода разбавляет топливное значение метанола (хотя и подавляет стук двигателя), и может вызвать разделение фаз смеси метанол-бензин, контейнеры с метанольным топливом должны быть плотно закрыты.

По сравнению с бензином метанол более терпим к рециркуляции выхлопных газов (EGR), что повышает топливную эффективность двигателей внутреннего сгорания с использованием цикла Отто и искрового зажигания.

Кислота, хотя и слабый, метанол атакует оксидное покрытие, которое обычно защищает алюминий от коррозии:

6 CH ₃ OH + Al ₂ O ₃ → 2 Al (OCH ₃ ) ₃ + 3 H ₂ O
Полученные соли метоксидов растворимы в метаноле, что приводит к чистой поверхности алюминия, которая легко окисляется растворенным кислородом. Кроме того, метанол может действовать как окислитель:

6 CH ₃ OH + 2 Al → 2 Al (OCH ₃ ) ₃ + 3 H ₂
Этот обратный процесс эффективно подпитывает коррозию до тех пор, пока металл не будет съеден или концентрация CH3OH незначительна. К коррозионной активности метанола обращаются с материалами, совместимыми с метанолом, и топливными добавками, которые служат ингибиторами коррозии.

Органический метанол, полученный из древесины или других органических материалов (биоалкогольный), был предложен в качестве возобновляемой альтернативы углеводородам на нефтяной основе. Низкие уровни метанола могут использоваться в существующих транспортных средствах с добавлением сорастворителей и ингибиторов коррозии.

гоночный
Чистый метанол требуется по правилам для использования в шампанах, Monster Trucks, американских спринтерских машинах (а также в карманах, модификациях и т. Д.) И других сериях дорожек грязи, таких как World of Outlaws и Motorcycle Speedway, главным образом потому, что в в случае аварии метанол не создает непрозрачного облака дыма. Начиная с конца 1940-х годов, метанол также используется в качестве основного топливного компонента в силовых установках для радиоуправления, контрольной линии и самолета с бесплатной летной моделью (см. Ниже), автомобилей и грузовиков; такие двигатели используют платину накаливания платиновой нити, которая воспламеняет пары метанола в результате каталитической реакции. Драйверы, гонщики и тяжело модифицированные тракторные съемники также используют метанол в качестве основного источника топлива. Метанол требуется с двигателем с наддувом в Top Alcohol Dragster, и до конца сезона 2006 года все транспортные средства в Indianapolis 500 должны были работать на метаноле. В качестве топлива для грейдеров, метанол, смешанный с бензином и закисью азота, производит больше энергии, чем бензин и закись азота.

Начиная с 1965 года, чистый метанол был широко распространен в автомобильной конкуренции USAC Indy, которая в то время включала Indianapolis 500.

В результате аварии на семи автомобилях второго круга 1964 года в Индианаполисе в 500 году было принято решение USAC по поощрению и последующему применению метанола. Эдди Сакс и Дейв Макдональд умерли в результате аварии, когда их бензиновые автомобили взорвались. Сгоревший от бензина огонь создал опасное облако густого черного дыма, которое полностью заблокировало вид трека для встречных автомобилей. Джонни Резерфорд, один из других задействованных водителей, загнал машину с метанолом, которая также просочилась после аварии. Пока этот автомобиль горел от удара первого огненного шара, он образовывал гораздо меньший афер, чем бензиновые автомобили, и тот, который горел невидимо. Это свидетельство и давление со стороны писателя из Индианаполиса Джорджа Мура привели к переходу на алкогольное топливо в 1965 году.

Метанол использовался схемой CART в течение всей своей кампании (1979-2007). Он также используется многими организациями с короткой дорожкой, особенно карликовыми, спринтерскими автомобилями и велосипедами с быстрым ходом. Чистый метанол использовался IRL с 1996 по 2006 год.

В 2006 году в партнерстве с этанольной промышленностью IRL использовала смесь 10% этанола и 90% метанола в качестве топлива. Начиная с 2007 года, IRL переключился на «чистый» этанол, E100.

Метанольное топливо также широко используется в гонках с трещинами, главным образом в категории «Верхний алкоголь», в то время как от 10% до 20% метанола можно использовать в классах Top Fuel в дополнение к нитрометан.

Гонка Формулы-1 продолжает использовать бензин в качестве топлива, но в предвоенных Гран-при метанол часто использовался в топливе.

Метанол также используется в гонках Monster Truck.

Безопасность в автомобильном топливе
Чистый метанол использовался в автогонках с открытым колесом с середины 1960-х годов. В отличие от нефтяных пожаров, метанольные пожары могут быть погашены простой водой.Метанольный огонь горит невидимо, в отличие от бензина, который горит видимым пламенем.Если на дорожке происходит пожар, нет никакого пламени или дыма, чтобы препятствовать просмотру быстро приближающихся водителей, но это также может задержать визуальное обнаружение огня и инициирование подавления огня. Решение о постоянном переключении на метанол в американских гонках IndyCar было результатом разрушительного краха и взрыва на 1964 Indianapolis 500, в результате которого погибли водители Эдди Сакс и Дейв Макдональд.В 2007 году IndyCars переключились с метанола на этанол.

Топливо для модельных двигателей
Самые ранние модельные двигатели для самолета с самолетом, летящие до конца Второй мировой войны, использовали смесь белого и тяжелого моторного масла с белым газом и тяжелой вязкостью 3: 1 для двухтактных двигателей с искровым зажиганием, используемых для хобби в то время. К 1948 году новые двигатели модели зажигания с зажиганием начали захватывать рынок, требуя использования метанольного топлива для реакции в каталитической реакции с намотанной платиновой нитью в свече зажигания для запуска двигателя, обычно с использованием касторового масла содержащуюся в топливной смеси при соотношении 4: 1. Модель моторного двигателя с воспламенением от воспламенения, поскольку для него больше не требуется встроенная батарея, катушка зажигания, точки воспламенения и конденсатор, требуемые двигателем с искровым зажиганием, экономия ценного веса и позволяющая модельным самолетам улучшать летные характеристики. В своих традиционно популярных двухтактных и все более популярных четырехтактных формах в настоящее время выпускаемые одноцилиндровые бензиновые двигатели с метанолом являются обычным выбором для радиоуправляемых самолетов для рекреационного использования, для размеров двигателей, которые могут варьироваться от 0,8 см3 (0,049 куб. Дюймов .) до смещения от 25 до 32 см3 (1,5-2,0 куб. дюймов) и значительно больших смещений для двигателей с двойным и многоцилиндровым двигателями с противоположным цилиндром и радиальной конфигурацией, многие из которых имеют четырехтактную конфигурацию. Большинство модельных двигателей, работающих на метаноле, особенно из-за Северной Америки, можно легко запустить на так называемом метанольном топливе спецификации FAI. Такие топливные смеси могут потребоваться FAI для определенных событий в так называемом международном соревновании FAI «Class F», которые запрещают использование нитрометана в качестве компонента топлива для свечения двигателя.Напротив, фирмы в Северной Америке, которые производят двигатели модели, работающие на метаноле, или которые находятся за пределами этого континента и имеют большой рынок в Северной Америке для таких миниатюрных силовых установок, имеют тенденцию создавать двигатели, которые могут и часто лучше всего работать с определенным процентом нитрометана в топливе, который при использовании может составлять всего лишь 5-10% объема и может составлять от 25 до 30% от общего объема топлива.

токсичность
Метанол встречается естественным образом в организме человека и в некоторых плодах, но ядовито в высокой концентрации. Проглатывание 10 мл может вызвать слепоту и 60-100 мл может быть фатальным, если состояние не лечить. Как и многие летучие химические вещества, метанол не должен быть проглочен, чтобы быть опасным, поскольку жидкость может быть поглощена через кожу, а пары — через легкие. Метанольное топливо намного безопаснее при смешивании с этанолом даже при относительно низком содержании этанола.

Максимально допустимая экспозиция на воздухе (40 ч / неделю) США составляет 1900 мг / м³ для этанола, 900 мг / м³ для бензина и 1260 мг / м³ для метанола. Однако он намного менее летучий, чем бензин, и поэтому имеет более низкие выбросы в результате испарения, что создает более низкий риск воздействия эквивалентного разлива. В то время как метанол предлагает несколько разные пути воздействия токсичности, эффективная токсичность не хуже, чем у бензола или бензина, а отравление метанолом гораздо легче лечить успешно.Одна из существенных проблем заключается в том, что метанольное отравление обычно нужно лечить, пока оно все еще бессимптомно для полного выздоровления.

Ингаляционный риск смягчается характерным острым запахом. При концентрациях, превышающих 2000 ppm (0,2%), это, как правило, довольно заметно, однако более низкие концентрации могут оставаться необнаруженными, в то же время будучи потенциально токсичными при более длительных воздействиях и могут все еще представлять опасность пожара / взрыва. Опять же, это похоже на бензин и этанол; существуют стандартные протоколы безопасности для метанола и очень схожи с таковыми для бензина и этанола.

Использование метанольного топлива снижает выбросы выхлопных газов некоторых связанных с углеводородами токсинов, таких как бензол и 1,3-бутадиен, и значительно снижает долгосрочное загрязнение подземных вод, вызванное разливами топлива. В отличие от бензол-семейного топлива, метанол будет быстро и нетоксично разлагаться без длительного вреда для окружающей среды, если он достаточно разбавлен.

Сравнения

газ	Плотность энергии	Соотношение смешивания воздуха — Топливо	Удельная энергия	Теплота парообразование	RON	ПН
Бензин и биогазолин	32 МДж / л	14,6	2,9 МДж / кг воздуха	0,36 МДж / кг	91-99	81-89
бутанол	29,2 МДж / л	11,1	3,2 МДж / кг воздуха	0,43 МДж / кг	96	78
Этиловый спирт	19,6 МДж / л	9,0	3,0 МДж / кг воздуха	0,92 МДж / кг	107	89
метанол	16 МДж / л	6,4	3,1 MJ / кг воздуха	1,2 МДж / кг	106	92

биометанола
Метанол является альтернативным топливом для двигателей внутреннего сгорания и другими, либо в сочетании с бензином, либо непосредственно («чистым»). Он используется в гоночных автомобилях и в Китае. В США метанольное топливо получает меньше внимания, чем топливо из этанола, в качестве альтернативы топливу на нефтяной основе; поскольку в 2000-х годах, в частности, при поддержке этанола на основе кукурузы, он предлагал определенные политические преимущества. В общем, этанол менее токсичен и имеет более высокую плотность энергии, хотя метанол дешевле производить устойчиво и является менее дорогостоящим способом снижения углеродного следа. Однако для оптимизации производительности двигателя, наличия топлива, токсичности и политических преимуществ смесь этанола, метанола и нефти, вероятно, будет предпочтительнее использования любого из этих отдельных веществ. Метанол может быть изготовлен из ископаемых или возобновляемых ресурсов, в частности природного газа и биомассы, соответственно.

Пожарная безопасность
Метанол гораздо труднее воспламеняться, чем бензин, и горит примерно на 60% медленнее.Метанольный огонь высвобождает энергию примерно на 20% от скорости горения бензина, что приводит к значительно более пламенному пламени. Это приводит к значительно менее опасному огню, который легче содержать с надлежащими протоколами. В отличие от бензиновых пожаров, вода является приемлемой и даже предпочтительнее в качестве огнегасящего вещества для метанольных пожаров, поскольку это как охлаждает огонь, так и быстро разбавляет топливо ниже концентрации, где оно будет поддерживать самовоспламеняемость. Эти факты означают, что в качестве топлива для транспортных средств метанол обладает большими преимуществами безопасности перед бензином. Этанол разделяет многие из этих же преимуществ.

Поскольку пары метанола тяжелее воздуха, он будет задерживаться вблизи земли или в яме, если не будет хорошей вентиляции, и если концентрация метанола выше 6,7% на воздухе, то она может быть освещена искрами и взорвется выше 54 F / 62 C. Когда-то пылающий, неразбавленный метанольный огонь выделяет очень мало видимого света, что делает его очень трудно увидеть огонь или даже оценить его размер в яркий дневной свет, хотя в подавляющем большинстве случаев существующие загрязняющие вещества или воспламеняющиеся вещества в огонь (например, шины или асфальт) будет окрашивать и улучшать видимость огня. Этанол, природный газ, водород и другие существующие виды топлива предлагают аналогичные противопожарные проблемы, и для всех таких видов топлива существуют стандартные протоколы безопасности и пожаротушения.

Снижение последствий экологического ущерба после аварии облегчается тем фактом, что метанол с низкой концентрацией является биодеградируемым, с низкой токсичностью и неустойчивым в окружающей среде. Очистка после пожара часто просто требует больших дополнительных количеств воды для разбавления пролитого метанола с последующим вакуумированием или абсорбционной абсорбцией жидкости. Любой метанол, который неизбежно выходит в окружающую среду, будет иметь мало долгосрочного воздействия, и при достаточном разбавлении быстро биодеградирует с незначительным экологическим ущербом из-за токсичности. Разброс метанола, который сочетается с существующим разливом бензина, может привести к тому, что смешанный разлив метанола / бензина будет сохраняться на 30-35% дольше, чем только один бензин.

использование

Соединенные Штаты
В штате Калифорния была проведена экспериментальная программа с 1980 по 1990 год, которая позволила любому конвертировать бензиновый автомобиль [сгусток] в 85% метанола с 15% -ными добавками. Более 500 автомобилей были преобразованы в высокое сжатие и выделенное использование метанола и этанола 85/15.

В 1982 году для крупных трех из них было выделено 5 000 000 долл. США на разработку и заключение контрактов на 5000 автомобилей, которые будут закуплены государством. Это было раннее использование автомобилей с низким сжатием гибкого топлива.

В 2005 году губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер прекратил использование метанола, чтобы присоединиться к расширению использования этанола, производимого производителями кукурузы. В 2007 году этанол стоил от 3 до 4 долларов за галлон (от 0,8 до 1,05 доллара за литр) на насосе, а метанол, произведенный из природного газа, оставался на уровне 47 центов на галлон (12,5 центов на литр) навалом, а не на насосе.

В настоящее время в Калифорнии нет действующих бензоколонков, поставляющих метанол в свои насосы. Член палаты представителей Элиот Энгель [D-NY17] ввел в Конгресс «Закон о стандарте открытого топлива»: «Требовать от производителей автомобилей обеспечить, чтобы каждый из этих изготовителей производил или продавал не менее 80 процентов автомобилей, произведенных или проданных в Соединенных Штатах Америки на топливные смеси, содержащие 85 процентов этанола, 85 процентов метанола или биодизеля ».

Европейский Союз
Измененная Директива по качеству топлива, принятая в 2009 году, допускает до 3% об. / Об. В метаноле в бензине.

Бразилия
Привод, чтобы добавить заметный процент метанола к бензину, очень приблизился к реализации в Бразилии после экспериментального испытания, проведенного группой ученых, включающих смешивание бензина с метанолом в период с 1989 по 1992 год. Более крупный экспериментальный эксперимент, который должен был быть проведенный в Сан-Паулу, был наложен вето в последнюю минуту мэром города из-за заботы о здоровье заправочных станций, которые не ожидали соблюдения мер предосторожности. По состоянию на 2006 год эта идея не появилась.

Индия
Нити Айог, Плановая комиссия Индии от 3 августа 2018 года объявила, что, если это возможно, пассажирские транспортные средства будут работать на 15% смешанном топливе метанола. В настоящее время транспортные средства в Индии используют до 10% топлива, смешанного с этанолом. Если он будет одобрен правительством, он сократит ежемесячные расходы на топливо на 10%. В Индии этанол стоит Rs 42 за литр, а цена метанола оценивается менее чем на 20 рупий за литр.