La economía del metanol es una economía futura sugerida en la que el metanol y el éter dimetílico reemplazan a los combustibles fósiles como medio de almacenamiento de energía, combustible de transporte terrestre y materia prima para los hidrocarburos sintéticos y sus productos. Ofrece una alternativa a la economía propuesta del hidrógeno o del etanol .
En la década de 1990, el premio Nobel George A. Olah abogó por una economía del metanol; [1] [2] [3] en 2006, él y dos coautores, GK Surya Prakash y Alain Goeppert, publicaron un resumen del estado de los combustibles fósiles y las fuentes de energía alternativas, incluida su disponibilidad y limitaciones, antes de sugerir un metanol economía. [4]
El metanol se puede producir a partir de una amplia variedad de fuentes, incluidos los combustibles fósiles aún abundantes ( gas natural , carbón , esquisto bituminoso , arenas bituminosas , etc.), así como productos agrícolas y desechos municipales, madera y biomasa variada . También se puede fabricar a partir del reciclaje químico de dióxido de carbono .
Usos
Combustible
El metanol es un combustible para motores térmicos y pilas de combustible. Debido a su alto índice de octanaje, se puede usar directamente como combustible en automóviles de combustible flexible (incluidos los vehículos híbridos e híbridos enchufables) que utilizan motores de combustión interna (ICE) existentes. El metanol también se puede quemar en otros tipos de motores o para proporcionar calor como se utilizan otros combustibles líquidos. Las pilas de combustible pueden utilizar metanol directamente en pilas de combustible de metanol directo (DMFC) o indirectamente (después de la conversión en hidrógeno mediante reformado).
Materia prima
El metanol ya se utiliza hoy en día a gran escala para producir una variedad de productos químicos y productos. La demanda mundial de metanol como materia prima química alcanzó alrededor de 42 millones de toneladas métricas por año en 2015. [5] A través del proceso de conversión de metanol a gasolina (MTG), se puede transformar en gasolina. Usando el proceso de metanol a olefina (MTO), el metanol también se puede convertir en etileno y propileno , los dos productos químicos producidos en mayores cantidades por la industria petroquímica . [6] Estos son bloques de construcción importantes para la producción de polímeros esenciales (LDPE, HDPE, PP) y, al igual que otros productos químicos intermedios, se producen actualmente principalmente a partir de materias primas de petróleo. Por tanto, su producción a partir de metanol podría reducir nuestra dependencia del petróleo. También permitiría seguir produciendo estos productos químicos cuando se agoten las reservas de combustibles fósiles.
Producción
Hoy en día, la mayor parte del metanol se produce a partir de metano a través del gas de síntesis . Trinidad y Tobago es actualmente el mayor exportador de metanol del mundo, con exportaciones principalmente a Estados Unidos . [7] El gas natural que sirve como materia prima para la producción de metanol proviene de las mismas fuentes que otros usos. Los recursos de gas no convencionales, como el metano del lecho de carbón , el gas de arena compacta y, finalmente, los grandes recursos de hidrato de metano presentes bajo las plataformas continentales de los mares y la tundra de Siberia y Canadá también podrían utilizarse para proporcionar el gas necesario.
La ruta convencional al metanol a partir del metano pasa por la generación de gas de síntesis mediante reformado con vapor combinado (o no) con oxidación parcial. También se están desarrollando formas nuevas y más eficientes de convertir metano en metanol. Éstas incluyen:
- La oxidación de metano con catalizadores homogéneos en ácido sulfúrico medios
- Bromación de metano seguida de hidrólisis del bromometano obtenido
- Oxidación directa de metano con oxígeno.
- Conversión microbiana o fotoquímica de metano
- Oxidación parcial del metano con atrapamiento del producto parcialmente oxidado y posterior extracción en zeolita intercambiada con cobre y hierro (por ejemplo, alfa-oxígeno )
Todas estas rutas sintéticas emiten dióxido de carbono CO 2, un gas de efecto invernadero . Para mitigar esto, el metanol se puede producir a través de formas que minimicen la emisión de CO 2 . Una solución es producirlo a partir de gas de síntesis obtenido por gasificación de biomasa. [8] Para este fin, se puede utilizar cualquier biomasa, incluida la madera , los desechos de madera, la hierba, los cultivos agrícolas y sus subproductos, los desechos animales, las plantas acuáticas y los desechos municipales. [9] No es necesario utilizar cultivos alimentarios como en el caso del etanol de maíz, caña de azúcar y trigo.
- Biomasa → Syngas (CO, CO 2 , H 2 ) → CH 3 OH
El metanol se puede sintetizar a partir de carbono e hidrógeno de cualquier fuente, incluidos los combustibles fósiles y la biomasa todavía disponibles . El CO 2 emitido por las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles y otras industrias y, eventualmente, incluso el CO 2 contenido en el aire, puede ser una fuente de carbono. [10] También se puede fabricar a partir del reciclaje químico de dióxido de carbono , que Carbon Recycling International ha demostrado con su primera planta a escala comercial. [11] Inicialmente, la fuente principal serán los gases de combustión ricos en CO 2 de las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles o los gases de escape de las fábricas de cemento y otras. Sin embargo, a largo plazo, considerando la disminución de los recursos de combustibles fósiles y el efecto de su utilización en la atmósfera terrestre , incluso la baja concentración de CO 2 atmosférico en sí podría capturarse y reciclarse a través del metanol, complementando así el ciclo fotosintético de la propia naturaleza. Se están desarrollando nuevos absorbentes eficientes para capturar el CO 2 atmosférico , imitando la capacidad de las plantas. El reciclaje químico de CO 2 a nuevos combustibles y materiales podría ser factible, haciéndolos renovables en el tiempo humano.
El metanol también se puede producir a partir de CO 2 mediante hidrogenación catalítica de CO 2 con H 2, donde el hidrógeno se ha obtenido de la electrólisis del agua . Este es el proceso utilizado por Carbon Recycling International de Islandia . El metanol también se puede producir mediante la reducción electroquímica de CO 2 , si se dispone de energía eléctrica. La energía necesaria para estas reacciones con el fin de ser neutrales en carbono provendría de fuentes de energía renovables como la eólica, la hidroeléctrica y la energía solar, así como la nuclear. En efecto, todos ellos permiten que la energía libre se almacene en metanol fácilmente transportable, que se produce inmediatamente a partir de hidrógeno y dióxido de carbono, en lugar de intentar almacenar energía en hidrógeno libre.
- CO 2 + 3H 2 → CH 3 OH + H 2 O
o con energia electrica
- CO 2 + 5H 2 O + 6 e −1 → CH 3 OH + 6 HO −1
- 6 HO −1 → 3H 2 O + 3/2 O 2 + 6 e −1
- Total:
- CO 2 + 2H 2 O + energía eléctrica → CH 3 OH + 3/2 O 2
El CO 2 necesario se capturaría de las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles y otros gases de combustión industriales , incluidas las fábricas de cemento. Con la disminución de los recursos de combustibles fósiles y, por tanto CO 2 de emisiones, el CO 2 contenido en el aire también podría ser utilizado. Teniendo en cuenta la baja concentración de CO 2 en el aire (0,04%), será necesario desarrollar tecnologías mejoradas y económicamente viables para absorber CO 2 . Por esta razón, la extracción de CO 2 del agua podría ser más factible debido a sus mayores concentraciones en forma disuelta. [12] Esto permitiría el reciclaje químico de CO 2 , imitando así la fotosíntesis de la naturaleza.
Ventajas
En el proceso de fotosíntesis , las plantas verdes utilizan la energía de la luz solar para dividir el agua en oxígeno libre (que se libera) e hidrógeno libre. En lugar de intentar almacenar el hidrógeno, las plantas capturan inmediatamente el dióxido de carbono del aire para permitir que el hidrógeno lo reduzca a combustibles almacenables como hidrocarburos (aceites vegetales y terpenos ) y polialcoholes ( glicerol , azúcares y almidones ). En la economía del metanol, cualquier proceso que de manera similar produzca hidrógeno libre, propone usarlo inmediatamente "de manera cautiva" para reducir el dióxido de carbono en metanol, que, como los productos vegetales de la fotosíntesis, tiene grandes ventajas en el almacenamiento y transporte sobre el hidrógeno libre en sí.
El metanol es un líquido en condiciones normales, lo que permite almacenarlo, transportarlo y dispensarlo fácilmente, al igual que la gasolina y el combustible diesel . También se puede transformar fácilmente por deshidratación en dimetiléter , un sustituto del combustible diesel con un índice de cetano de 55.
El metanol es soluble en agua: una liberación accidental de metanol en el medio ambiente causaría mucho menos daño que un derrame comparable de gasolina o petróleo crudo . A diferencia de estos combustibles, el metanol es biodegradable y totalmente soluble en agua, y se diluiría rápidamente a una concentración lo suficientemente baja como para que el microorganismo inicie la biodegradación . Este efecto ya se explota en las plantas de tratamiento de agua, donde el metanol ya se utiliza para la desnitrificación y como nutriente para las bacterias. [13] La liberación accidental que causa la contaminación de las aguas subterráneas aún no se ha estudiado a fondo, aunque se cree que podría sufrir una relativa rapidez.
Comparación con el hidrógeno
Ventajas de la economía del metanol en comparación con la economía del hidrógeno:
- Almacenamiento de energía eficiente en volumen, en comparación con el hidrógeno comprimido . [14] Cuando se tiene en cuenta el recipiente de confinamiento a presión de hidrógeno, también se puede obtener una ventaja en el almacenamiento de energía por peso. La densidad de energía volumétrica del metanol es considerablemente más alta que la del hidrógeno líquido, en parte debido a la baja densidad del hidrógeno líquido de 71 gramos / litro. Por lo tanto, en realidad hay más hidrógeno en un litro de metanol (99 gramos / litro) que en un litro de hidrógeno líquido, y el metanol no necesita un recipiente criogénico mantenido a una temperatura de -253 ° C.
- Una infraestructura de hidrógeno líquido sería prohibitivamente cara. [15] [16] [17] El metanol puede utilizar la infraestructura de gasolina existente con solo modificaciones limitadas.
- Puede mezclarse con gasolina (por ejemplo, en M85 , una mezcla que contiene 85% de metanol y 15% de gasolina).
- Fácil de usar. El hidrógeno es volátil y sus confinamientos utilizan sistemas criogénicos o de alta presión.
- Menos pérdidas: el hidrógeno se escapa más fácilmente que el metanol. El calor evaporará el hidrógeno líquido, dando pérdidas esperadas de hasta 0.3% por día en los tanques de almacenamiento. (ver Cuadro Tanques de almacenamiento Ferox Oxígeno líquido ).
Comparación con el etanol
- Puede elaborarse a partir de cualquier material orgánico utilizando tecnología probada que pasa por gas de síntesis. No es necesario utilizar cultivos alimentarios y competir con la producción de alimentos. La cantidad de metanol que se puede generar a partir de biomasa es mucho mayor que la del etanol.
- Puede competir con el etanol y complementarlo en un mercado energético diversificado. El metanol obtenido de combustibles fósiles tiene un precio más bajo que el etanol.
- Puede mezclarse con gasolina como el etanol. En 2007, China mezcló más de mil millones de galones estadounidenses (3.800.000 m 3 ) de metanol en combustible e introducirá el estándar de combustible de metanol a mediados de 2008. [18] El M85 , una mezcla de 85% de metanol y 15% de gasolina, se puede usar de manera muy similar al E85 que se vende en algunas estaciones de servicio hoy en día.
Desventajas
- Los altos costos de energía asociados actualmente con la generación y el transporte de hidrógeno fuera del sitio.
- Actualmente se genera a partir de gas natural que aún depende de combustibles fósiles (aunque se puede utilizar cualquier hidrocarburo combustible).
- Densidad energética (en peso o volumen) la mitad de la de la gasolina y un 24% menos que la del etanol [19]
- Manejo
- Si no se utilizan inhibidores, el metanol es corrosivo para algunos metales comunes, como el aluminio , el zinc y el manganeso . Las partes de los sistemas de admisión de combustible del motor están hechas de aluminio. Al igual que el etanol, se debe utilizar material compatible para los tanques de combustible, la junta y la admisión del motor.
- Al igual que con el etanol igualmente corrosivo e hidrófilo , las tuberías existentes diseñadas para productos derivados del petróleo no pueden manejar metanol. Por lo tanto, el metanol requiere un envío a un costo energético más alto en camiones y trenes, hasta que se pueda construir una nueva infraestructura de tuberías o hasta que las tuberías existentes se actualicen para el transporte de metanol.
- El metanol, como alcohol, aumenta la permeabilidad de algunos plásticos a los vapores del combustible (por ejemplo, polietileno de alta densidad). [20] Esta propiedad del metanol tiene la posibilidad de aumentar las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) del combustible, lo que contribuye al aumento del ozono troposférico y posiblemente a la exposición humana.
- Baja volatilidad en climas fríos: los motores de metanol puro pueden ser difíciles de arrancar y funcionan de manera ineficiente hasta que se calientan. Es por eso que una mezcla que contiene 85% de metanol y 15% de gasolina llamada M85 se usa generalmente en ICE. La gasolina permite que el motor arranque incluso a temperaturas más bajas.
- Con la excepción de la exposición de bajo nivel, el metanol es tóxico. [21] El metanol es letal cuando se ingiere en grandes cantidades (30 a 100 ml). [22] Pero también lo son la mayoría de los combustibles para motores, incluida la gasolina (120 a 300 ml) y el combustible diesel. La gasolina también contiene pequeñas cantidades de muchos compuestos conocidos por ser cancerígenos (por ejemplo, benceno). El metanol no es carcinógeno ni contiene carcinógenos. Sin embargo, el metanol puede metabolizarse en el cuerpo a formaldehído, que es tóxico y cancerígeno. [23] El metanol se encuentra naturalmente en pequeñas cantidades en el cuerpo humano y en frutas comestibles.
- El metanol es un líquido: esto crea un mayor riesgo de incendio en comparación con el hidrógeno en espacios abiertos, ya que las fugas de metanol no se disipan. El metanol se quema de manera invisible a diferencia de la gasolina. Sin embargo, en comparación con la gasolina, el metanol es mucho más seguro. Es más difícil de encender y libera menos calor cuando se quema. Los incendios de metanol se pueden extinguir con agua corriente, mientras que la gasolina flota en el agua y continúa ardiendo. La EPA ha estimado que cambiar los combustibles de gasolina a metanol reduciría la incidencia de incendios relacionados con el combustible en un 90%. [24]
Ver también
- Combustible de alcohol
- Combustible neutro en carbono
- Dimetil éter
- Combustible de etanol
- Economía de hidrógeno
- Metanol
- Combustible de metanol
- Combustible sintético
- Economía de aceite vegetal
Literatura
- F. Asinger : Metanol, Chemie- und Energierohstoff . Akademie-Verlag, Berlín, 1987, ISBN 3-05500341-1 , ISBN 978-3-05500341-7 .
- Martin Bertau, Heribert Offermanns , Ludolf Plass, Friedrich Schmidt, Hans-Jürgen Wernicke: Metanol: la materia prima química y energética básica del futuro: la visión actual de Asinger , 750 Seiten, Verlag Springer; 2014, ISBN 978-3642397080
- † George A. Olah , Alain Goeppert, GK Surya Prakash , Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy - Tercera edición actualizada y ampliada , Wiley-VCH, 2018, ISBN 978-3-527-33803-0 .
Referencias
- ^ George A. Olah (2005). "Más allá del petróleo y el gas: la economía del metanol". Angewandte Chemie International Edition . 44 (18): 2636–2639. doi : 10.1002 / anie.200462121 . PMID 15800867 .
- ^ George A. Olah (2003). "La economía del metanol" . Noticias de Química e Ingeniería . 81 (38): 5. doi : 10.1021 / cen-v081n038.p005 .
- ^ George A. Olah ; GK Surya Prakash ; Alain Goeppert (2009). "Reciclaje químico de dióxido de carbono a metanol y éter dimetílico: de gas de efecto invernadero a combustibles renovables, carbono neutro e hidrocarburos sintéticos". Revista de Química Orgánica . 74 (2): 487–498. CiteSeerX 10.1.1.629.6092 . doi : 10.1021 / jo801260f . PMID 19063591 .
- ^ Más allá del petróleo y el gas: la economía del metanol , George A. Olah , Alain Goeppert, GK Surya Prakash, Wiley-VCH, 2006 , segunda edición 2009 , tercera edición 2018 .
- ^ "La Industria del Metanol - INSTITUTO DEL METANOL" . mettanol.org .
- ^ Intratec Solutions (31 de mayo de 2012). "Economía de la tecnología: propileno de metanol" . slideshare.net .
- ^ "Ryder Scott: las reservas de gas de Trinidad y Tobago cayeron en 2013" . www.ogj.com .
- ^ "Futuro de la economía de la biomasa en la India neutral en carbono" . Consultado el 19 de mayo de 2021 .
- ^ "Metanol renovable" (PDF) . Consultado el 19 de mayo de 2021 .
- ^ Kothandaraman, Jotheeswari; Goeppert, Alain; Czaun, Miklos; Olah, George A .; Prakash, GK Surya (27 de enero de 2016). "Conversión de CO2 del aire en metanol usando una poliamina y un catalizador de rutenio homogéneo". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 138 (3): 778–781. doi : 10.1021 / jacs.5b12354 . ISSN 0002-7863 . PMID 26713663 .
- ^ "Primera Planta Comercial" . Carbon Recycling International. Archivado desde el original el 3 de julio de 2013 . Consultado el 11 de julio de 2012 .
- ^ Willmott, Don. "¿Combustible de agua de mar? ¿Cuál es el truco?" . Smithsonian . Consultado el 21 de noviembre de 2017 .
- ^ http://www.methanol.org/pdf/evaluation.pdf , Evaluación del destino y transporte del metanol en el medio ambiente , preparado por Malcolm Pirnie, Inc. para el Methanol Institute, 1999
- ^ "Pocos combustibles para el transporte superan las densidades energéticas de la gasolina y el diésel - Today in Energy - Administración de información energética de Estados Unidos (EIA)" . www.eia.gov .
- ^ Zubrin, Robert (2007). Victoria energética . Amherst, Nueva York: Prometheus Books. pp. 117 -118. ISBN 978-1-59102-591-7.
Sin embargo, la situación es mucho peor, porque antes de que el hidrógeno pueda transportarse a cualquier lugar, es necesario comprimirlo o licuarlo. Para licuarlo hay que refrigerarlo a una temperatura de -253 ° C (20 grados por encima del cero absoluto). A estas temperaturas, las leyes fundamentales de la termodinámica hacen que los refrigeradores sean extremadamente ineficientes. Como resultado, se debe gastar alrededor del 40 por ciento de la energía del hidrógeno para licuarlo. Esto reduce el contenido energético neto real de nuestro combustible de producto a 792 kcal. Además, debido a que es un líquido criogénico, podría esperarse que se pierda aún más energía a medida que el hidrógeno se evapora a medida que se calienta por el calor que se filtra desde el ambiente exterior durante el transporte y almacenamiento.
- ^ Romm, Joseph J. (2004). El bombo sobre el hidrógeno . Washington, DC: Island Press. págs. 94–95 . ISBN 978-1-55963-703-9.
- ^ Luft, Gal; Korin, Anne (2009). Desafíos de seguridad energética para el siglo XXI . Santa Bárbara, California: Praeger Security International. pag. 329 . ISBN 978-0-275-99997-1.
El dilema de la infraestructura parece insuperable. El almacenamiento a bordo de hidrógeno, ya sea en forma gaseosa o líquida, hace que los vehículos sean increíblemente costosos, y un cambio a gran escala al hidrógeno implica complementar o suplantar la infraestructura de suministro de combustible líquido existente. Esta es una propuesta difícil, por decirlo suavemente.
- ↑ Methanol's Allure , Kemsley, J., Chemical & Engineering News , 3 de diciembre de 2007 , páginas 55-59 [1]
- ^ Elert, Glenn. "Densidad energética del metanol (alcohol de madera) - el libro de datos de física" . hypertextbook.com .
- ^ Weisel, CP; Lawryk, Nueva Jersey; Huber, AH; Crescenti, GH (1 de enero de 1993). "Exposiciones de gasolina y metanol de automóviles dentro de residencias y garajes adjuntos". OSTI 5882923 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ El metanol es una toxina neurológica y del desarrollo, aunque es poco probable que los niveles de exposición habituales en la dieta y en el trabajo provoquen efectos importantes en la salud. El panel del Programa Nacional de Toxicología concluyó recientemente que las concentraciones en sangre por debajo de aprox. 10 mg / L existe una mínima preocupación por los efectos adversos para la salud. [2] También se encuentran disponibles otros resúmenes de literatura (ver, por ejemplo, Reproductive Toxicology 18 (2004) 303–390).
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2007-07-07 . Consultado el 7 de enero de 2008 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ), Metanol en vehículos de pila de combustible Evaluación de riesgos y toxicidad humana (revisada) , Statoil, 2001
- ^ http://www.antizol.com/mpoisono.htm , "Descripción general de la intoxicación por metanol", Mecanismo de toxicidad
- ^ http://www.epa.gov/otaq/consumer/08-fire.pdf , Combustibles de metanol y seguridad contra incendios , EPA 400-F-92-010
enlaces externos
- Una discusión sobre la economía del metanol con George Olah Grabación de un programa transmitido por NPR .
- Instituto de metanol
- Información reciente sobre el metanol y sus usos Greencarcongress.com
- Información reciente sobre DME Greencarcongress.com