Metanolbränsle - Methanol fuel

Denna artikel handlar om metanol som används som bränsle. För andra alkoholer som används som bränsle, se alkoholbränsle .

Metanolbränsle är ett alternativt biobränsle för förbränning och andra motorer, antingen i kombination med bensin eller oberoende. Metanol ( C H 3 O H ) är billigare att producera hållbart än etanolbränsle , även om det i allmänhet är mer giftigt och har lägre energitäthet . För att optimera motorns prestanda och bränsletillgänglighet är det dock troligt att en blandning av etanol, metanol och petroleum är att föredra framför att använda någon av dessa ensamma. Metanol (en metylgrupp kopplad till en hydroxylgrupp ) kan framställas av kolväten eller förnybara resurser, särskilt naturgas respektive biomassa . Det kan också syntetiseras från CO 2 ( koldioxid ) och väte . Metanolbränsle används för närvarande av racerbilar i många länder men har inte sett någon utbredd användning annars.

Historia och produktion

Historiskt sett producerades metanol först genom destruktiv destillation ( pyrolys ) av trä, vilket resulterade i dess vanliga engelska namn på träsprit .

För närvarande produceras vanligtvis metanol med hjälp av metan (huvudbeståndsdelen i naturgas ) som råvara. I Kina tillverkas metanol för bränsle från kol.

"Biometanol" kan framställas genom förgasning av organiska material till syntesgas följt av konventionell metanolsyntes. Denna rutt kan erbjuda förnybar metanolproduktion från biomassa med effektivitet upp till 75%. Utbredd produktion på denna väg har en föreslagen potential att erbjuda metanolbränsle till en låg kostnad och med fördelar för miljön (se Hagen, SABD & Olah -referenser nedan). Dessa produktionsmetoder är dock inte lämpliga för småskalig produktion .

Nyligen har metanolbränsle producerats med förnybar energi och koldioxid som råvara. Carbon Recycling International , ett isländsk-amerikanskt företag, slutförde den första förnybara metanolanläggningen i kommersiell skala 2011.

Det produceras också av kommunalt fast avfall av Enerkem vid Edmonton -anläggningen.

Stor bränsleförbrukning

Under oljekrisen OPEC 1973 föreslog Reed och Lerner (1973) metanol från kol som ett bevisat bränsle med väletablerad tillverkningsteknik och tillräckliga resurser för att ersätta bensin. Hagen (1976) granskade utsikterna för syntetisering av metanol från fossila och förnybara resurser, dess användning som bränsle, ekonomi och faror. Sedan 1986 granskade Swedish Motor Fuel Technology Co. (SBAD) omfattande användningen av alkoholer och alkoholblandningar som motorbränslen. Den granskade potentialen för metanolproduktion från naturgas, mycket tunga oljor, bituminösa skiffer, kol, torv och biomassa. Under 2005, 2006 nobel vinnaren George A. Olah , GK Surya Prakash och Alain Goeppert förespråkade en hel metanolekonomi baserad på energilagring i syntetiskt framställd metanol. Metanolinstitutet , metanolbranschorganisationen, publicerar rapporter och presentationer om metanol. Regissören Gregory Dolan presenterade den globala metanolbränsleindustrin 2008 i Kina.

Den 26 januari, 2011 EU : s generaldirektorat för konkurrens godkände svenska Energimyndighetens tilldelning av 500 miljoner svenska kronor (ca. € 56M per januari 2011) mot byggandet av en 3 miljarder svenska kronor (ung. € 335M) industriell skala experimentell utveckling av biobränslen anläggning för produktion av biometanol och BioDME vid Domsjö Fabriker bioraffinaderi komplex i Örnsköldsvik , Sverige, med hjälp av Chemrecs svartlut förgasningsteknik.

Användningsområden

Förbränningsmotorbränsle

Både metanol och etanol brinner vid lägre temperaturer än bensin och båda är mindre flyktiga, vilket gör att motorn startar i kallt väder blir svårare. Att använda metanol som bränsle i gnisttändningsmotorer kan erbjuda ökad värmeeffektivitet och ökad effekt (jämfört med bensin) på grund av dess höga oktantal (114) och höga förångningsvärme. Dess låga energiinnehåll på 19,7 MJ/kg och stökiometriskt luft-till-bränsleförhållande på 6,42: 1 innebär dock att bränsleförbrukningen (på volym eller massbas) blir högre än kolvätebränslen . Det extra vatten som produceras gör också laddningen ganska våt (liknande förbränningsmotorer för väte/syre) och med bildandet av sura produkter under förbränningen kan slitage på ventiler, ventilsäten och cylindrar vara högre än vid kolväteförbränning. Vissa tillsatser kan tillsättas bränslet för att neutralisera dessa syror.

Metanol, liksom etanol, innehåller lösliga och olösliga föroreningar. Dessa lösliga föroreningar, halogenider såsom kloridjoner, har stor effekt på korrosiviteten hos alkoholbränslen. Halogenjoner ökar korrosionen på två sätt; de angriper kemiskt passiverande oxidfilmer på flera metaller som orsakar gropkorrosion, och de ökar bränslets ledningsförmåga. Ökad elektrisk konduktivitet främjar elektrisk, galvanisk och vanlig korrosion i bränslesystemet. Lösliga föroreningar, såsom aluminiumhydroxid , i sig en produkt av korrosion av halogenidjoner, täpper till bränslesystemet med tiden.

Metanol är (bilmässigt uttryckt) hygroskopiskt , vilket betyder att det kommer att absorbera vattenånga direkt från atmosfären. Eftersom absorberat vatten späd ut metanolens bränslevärde (även om det dämpar motorn) och kan orsaka fasseparering av metanol-bensinblandningar, måste behållare med metanolbränslen hållas tätt tillslutna.

Jämfört med bensin är metanol mer tolerant mot avgasåtercirkulation (EGR), vilket förbättrar bränsleeffektiviteten hos förbränningsmotorerna med Otto -cykel och gnisttändning.

En syra, om än svag, metanol angriper oxidbeläggningen som normalt skyddar aluminiumet mot korrosion:

6 CH 3 OH + Al 2 O 3 → 2 Al (OCH 3 ) 3 + 3 H 2 O

De resulterande metoxidsalterna är lösliga i metanol, vilket resulterar i en ren aluminiumyta, som lätt oxideras av löst syre . Metanolen kan också fungera som en oxidator:

6 CH 3 OH + 2 Al → 2 Al (OCH 3 ) 3 + 3 H 2

Detta ömsesidiga process effektivt bränslen korrosion tills antingen metallen äts bort eller koncentrationen av CH 3 OH är försumbar. Metanols korrosivitet har behandlats med metanolkompatibla material och bränsletillsatser som fungerar som korrosionshämmare.

Organisk metanol, framställd av trä eller andra organiska material ( bioalkohol ), har föreslagits som ett förnybart alternativ till petroleumbaserade kolväten . Låga halter av metanol kan användas i befintliga fordon med tillsats av samlösningsmedel och korrosionshämmare.

Tävlings

Ren metanol krävs som regel för att användas i Champcars , Monster Trucks , USAC -sprintbilar (samt dvärg, modifierade, etc. ) och andra smutsbanor, som World of Outlaws och Motorcycle Speedway , främst för att i vid en olycka ger metanol inte ett ogenomskinligt moln av rök. Sedan slutet av 1940-talet, är Metanol används också som det primära bränslet beståndsdelen i kraftverk för radiostyrning , styrledningen och fri flygning modellflygplan (se nedan) , bilar och lastbilar; sådana motorer använder en platinafilaglödstift som antänder metanolånga genom en katalytisk reaktion. Dragracer , lerracers och kraftigt modifierade traktordragare använder också metanol som primär bränslekälla. Metanol krävs med en överladdad motor i en Top Alcohol Dragster och fram till slutet av säsongen 2006 måste alla fordon i Indianapolis 500 köras på metanol. Som bränsle för lerracers producerar metanol blandat med bensin och lustgas mer kraft än bensin och lustgas ensam.

Från och med 1965 användes ren metanol utbredd i USAC Indy -biltävling , som då inkluderade Indianapolis 500 .

Säkerhet var det dominerande inflytandet för antagandet av metanolbränsle i USA: s kategorier med öppna hjul. Till skillnad från petroleumbränder kan metanolbränder släckas med vanligt vatten. En metanolbaserad eld brinner osynligt, till skillnad från bensin, som brinner med en synlig låga. Om en brand uppstår på banan finns det ingen låga eller rök för att hindra föraren som närmar sig snabbt, men det kan också fördröja visuell upptäckt av branden och initiering av brandbekämpning. En sjubilarolycka på andra varvet i Indianapolis 500 1964 resulterade i USAC : s beslut att uppmuntra, och senare mandat, användning av metanol. Eddie Sachs och Dave MacDonald dog i kraschen när deras bensindrivna bilar exploderade. Den bensinutlösta branden skapade ett farligt moln av tjock svart rök som helt blockerade banans sikt för mötande bilar. Johnny Rutherford , en av de andra inblandade förarna, körde en metanoldriven bil, som också läckte efter kraschen. Medan den här bilen brann av påverkan av den första eldbollen, bildade den ett mycket mindre inferno än bensinbilarna och en som brann osynligt. Detta vittnesbörd och tryck från Indianapolis Star -författaren George Moore ledde till övergången till alkoholbränsle 1965.

Metanol användes av CART -kretsen under hela kampanjen (1979–2007). Det används också av många korta spårorganisationer, särskilt midget, sprintbilar och speedwaycyklar . Ren metanol användes av IRL 1996-2006.

År 2006, i samarbete med etanolindustrin , använde IRL en blandning av 10% etanol och 90% metanol som bränsle. Från och med 2007 bytte IRL till "ren" etanol , E100.

Metanolbränsle används också flitigt i dragracing , främst i kategorin Top Alcohol , medan mellan 10% och 20% metanol kan användas i Top Fuel -klasser förutom nitrometan .

Formel 1 -racing fortsätter att använda bensin som bränsle, men i före kriget användes metanol ofta i bränslet.

Metanol används också i Monster Truck racing.

Bränsle för modellmotorer

Ytterligare information: Glödbränsle

De tidigaste modellmotorerna för friluftsmodellflygplan som flög före slutet av andra världskriget använde en 3: 1-blandning av vit gas och motorolja med tung viskositet för de tvåtakts gnisttändningsmotorer som användes för hobbyen vid den tiden. År 1948 började de nya glödstiftsmotormotorerna ta över marknaden, vilket kräver att metanolbränsle reagerar i en katalytisk reaktion med det lindade platina -filamentet i en glödstift för att motorn ska gå, vanligtvis med ricinolja -baserat smörjmedel som finns i bränsleblandningen i ett förhållande av ca 4: 1. Modellen med glödtändning, eftersom den inte längre krävde ett inbyggt batteri , tändspole , tändpunkter och kondensator som en motor med gnisttändningsmodell krävde, sparade värdefull vikt och tillät modellflygplan att få bättre flygprestanda. I sina traditionellt populära tvåtakts- och alltmer populära fyrtaktsformer är för närvarande producerade enkelcylindriga metanoldrivna glödmotorer det vanliga valet för radiostyrda flygplan för fritidsbruk, för motorstorlekar som kan sträcka sig från 0,8 cm 3 (0,049 cu .in.) till så stora som 25 till 32 cm 3 (1,5-2,0 cu.in) slagvolym och betydligt större förskjutningar för två- och flercylindriga motcylindriga och radiella konfigurationsmodellflygmotorer, varav många har fyra- slagkonfiguration. De flesta metanoldrivna modellmotorer, särskilt de som tillverkas utanför Nordamerika, kan enkelt köras på så kallat FAI- specifik metanolbränsle. Sådana bränsleblandningar kan krävas av FAI för vissa evenemang i så kallad FAI "Klass F" internationell tävling, som förbjuder användning av nitrometan som glödmotorns bränslekomponent. Däremot tenderar företag i Nordamerika som tillverkar metanol-drivna modellmotorer, eller som är baserade utanför den kontinenten och har en stor marknad i Nordamerika för sådana miniatyrkraftverk, att producera motorer som kan och ofta fungerar bäst med en viss procentandel av nitrometan i bränslet, som vid användning kan vara så lite som 5% till 10% av volymen och kan vara så mycket som 25 till 30% av den totala bränslevolymen.

Matlagning

Metanol används som matlagningsbränsle i Kina och dess användning i Indien ökar. Kaminen och behållaren behöver inga regulatorer eller rör.

Bränsleceller

Metanol används som bränsle i bränsleceller. Normalt används Reformed Methanol Fuel Cell (RMFC) eller Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) . Mobila och stationära applikationer är typiska för metanolbränsleceller som reservkraftsproduktion, kraftverkgenerering, nödströmförsörjning , hjälpkraftenhet (APU) och förlängning av batterier ( elfordon , fartyg).

Giftighet

Huvudartikel: Metanol Toxicitet

Metanol förekommer naturligt i människokroppen och i vissa frukter men är giftigt i höga koncentrationer. Intag av 10 ml kan orsaka blindhet och 60-100 ml kan vara dödligt om tillståndet är obehandlat. Liksom många flyktiga kemikalier behöver metanol inte sväljas för att vara farligt eftersom vätskan kan absorberas genom huden och ångorna genom lungorna. Metanolbränsle är mycket säkrare när det blandas med etanol, även vid relativt låga etanolprocent.

USA: s högsta tillåtna exponering i luft (40 timmar/vecka) är 1900 mg/m 3 för etanol, 900 mg/m 3 för bensin och 1260 mg/m 3 för metanol. Det är dock mycket mindre flyktigt än bensin och har därför lägre avdunstningsutsläpp, vilket ger en lägre exponeringsrisk för ett motsvarande utsläpp. Medan metanol erbjuder något olika exponeringsvägar för toxicitet, är den effektiva toxiciteten inte sämre än bensen eller bensin, och metanolförgiftning är mycket lättare att behandla framgångsrikt. En väsentlig oro är att metanolförgiftning i allmänhet måste behandlas medan den fortfarande är asymptomatisk för en fullständig återhämtning.

Inandningsrisken mildras av en karakteristisk stickande lukt. Vid koncentrationer över 2 000 ppm (0,2%) är det i allmänhet ganska märkbart, men lägre koncentrationer kan förbli oupptäckta medan de fortfarande är giftiga vid längre exponeringar och kan fortfarande utgöra en brand-/explosionsrisk. Återigen liknar detta bensin och etanol; Det finns standardprotokoll för metanol och är mycket lika dem för bensin och etanol.

Användningen av metanolbränsle minskar avgasutsläppen från vissa kolväterelaterade toxiner som bensen och 1,3 butadien och minskar dramatiskt långsiktig grundvattenförorening som orsakas av bränslespill. Till skillnad från bränslen från bensenfamiljen kommer metanol att biologiskt nedbrytas snabbt och giftfritt utan långsiktig skada på miljön så länge den är tillräckligt utspädd.

Brandsäkerhet

Metanol är mycket svårare att antända än bensin och brinner cirka 60% långsammare. En metanolbrand frigör energi vid cirka 20% av bensinbrandens hastighet, vilket resulterar i en mycket svalare låga. Detta resulterar i en mycket mindre farlig brand som är lättare att begränsa med korrekta protokoll. Till skillnad från bensinbränder är vatten acceptabelt och till och med föredraget som brandhämmare för metanolbränder, eftersom detta både kyler elden och snabbt späd bränslet under koncentrationen där det kommer att bibehålla självantändlighet. Dessa fakta innebär att metanol som fordonsbränsle har stora säkerhetsfördelar jämfört med bensin. Etanol delar många av samma fördelar.

Eftersom metanolånga är tyngre än luft, kommer den att dröja nära marken eller i en grop om det inte finns bra ventilation, och om metanolhalten är över 6,7% i luften kan den tändas av en gnista och explodera över 54 F / 12 C. När den brinner ut ger en outspädd metanolbrand mycket lite synligt ljus, vilket gör det mycket svårt att se elden eller till och med uppskatta dess storlek i starkt dagsljus, även om det i de allra flesta fall finns befintliga föroreningar eller brandfarliga ämnen i elden (som däck eller asfalt) kommer att färga och förbättra eldens synlighet. Etanol, naturgas, väte och andra befintliga bränslen erbjuder liknande brandsäkerhetsutmaningar, och standardprotokoll för säkerhet och brandbekämpning finns för alla sådana bränslen.

Miljöskador mot olyckor efter olyckan underlättas av det faktum att metanol med låg koncentration är biologiskt nedbrytbart, med låg toxicitet och icke-persistent i miljön. Rengöring efter brand kräver ofta stora extra mängder vatten för att späda ut den spillda metanolen följt av dammsugning eller absorptionsåtervinning av vätskan. All metanol som oundvikligen släpper ut i miljön kommer att ha liten långsiktig påverkan, och med tillräcklig utspädning kommer det att biologiskt nedbrytas snabbt med liten eller ingen miljöskada på grund av toxicitet. Ett metanolspill som kombineras med ett befintligt bensinutsläpp kan orsaka att det blandade metanol/bensinspillet kvarstår cirka 30% till 35% längre än bensinen ensam skulle ha gjort.

Använda sig av

År 2019 användes nästan 100 miljoner ton metanol, främst för kemikalier.

Förenta staterna

Delstaten Kalifornien körde ett experimentprogram från 1980 till 1990 som tillät vem som helst att konvertera ett bensinfordon till 85% metanol med 15% valda tillsatser. Över 500 fordon konverterades till hög kompression och dedikerad användning av 85/15 metanol och etanol.

1982 fick de tre stora var och en 5 000 000 dollar för design och kontrakt för 5 000 fordon som skulle köpas av staten. Det var en tidig användning av lågkomprimerade fordon med flexibelt bränsle .

År 2005 stoppade Kaliforniens guvernör, Arnold Schwarzenegger , användningen av metanol för att ansluta sig till den ökande användningen av etanol som drivs av majsproducenter. 2007 etanol prissattes till 3 till 4 dollar per gallon (0,8 till 1,05 dollar per liter) vid pumpen, medan metanol från naturgas ligger kvar på 47 cent per gallon (12,5 cent per liter) i bulk, inte vid pumpen.

För närvarande finns det inga drivande bensinstationer i Kalifornien som levererar metanol i sina pumpar. Rep Eliot Engel [D-NY17] har infört "An Open Fuel Standard" Act in Congress: "Att kräva att biltillverkare ska se till att inte mindre än 80 procent av de bilar som tillverkas eller säljs i USA av varje sådan tillverkare fungerar. på bränsleblandningar som innehåller 85 procent etanol, 85 procent metanol eller biodiesel. "

europeiska unionen

Det ändrade bränslekvalitetsdirektivet som antogs 2009 tillåter inblandning av metanol i bensin upp till 3% volymprocent.

Brasilien

En strävan efter att lägga till en betydande andel metanol till bensin kom mycket nära genomförandet i Brasilien , efter ett pilotprov som inrättades av en grupp forskare som blandade bensin med metanol mellan 1989 och 1992. Det större pilotförsöket som skulle vara genomfördes i São Paulo blev veto i sista minuten av stadens borgmästare, av oro för bensinstationens arbetares hälsa, som inte skulle förväntas följa säkerhetsåtgärder. Från och med 2006 har idén inte återuppstått.

Indien

Niti Aayog, det centrala planeringsinstitutet i Indien, meddelade den 3 augusti 2018 att om det är möjligt kommer personbilar att köras med 15% metanolblandad bensin. För närvarande använder fordon i Indien upp till 10% etanolblandat bränsle. Om det godkänns av regeringen kommer det att minska de månatliga bränslekostnaderna med 10%. År 2021 kostar etanol Rs 60 per liter, medan metanolpriset har uppskattats till mindre än 25 Rs per liter.

Se även


Referenser

externa länkar