Metanolbränsle

Den här artikeln handlar om metanol som används som bränsle. För andra alkoholer som används som bränsle, se alkoholbränsle .

Metanolbränsle är ett alternativt biobränsle för förbränningsmotorer och andra motorer, antingen i kombination med bensin eller fristående. Metanol ( CH 3 O H ) är billigare att producera hållbart än etanolbränsle , även om det ger mer toxiska effekter än etanol och har lägre energitäthet än bensin . Metanol är säkrare för miljön än bensin, det är ett frostskyddsmedel, det håller motorn ren, det har en högre flampunkt i händelse av brand, och det motsvarar superhögoktanig bensin när det gäller den resulterande hästkraften . Den kan lätt användas i de flesta moderna motorer med en enkel justering av mjukvaruinställningar och ibland en ändring av en billig bränsletätning eller -ledning. För att förhindra ånglås under alla möjliga omständigheter på grund av att det är ett enkelt, rent bränsle, kan en liten andel av annat bränsle eller vissa tillsatser inkluderas. Metanol (en metylgrupp kopplad till en hydroxylgrupp ) kan tillverkas av kolväten eller förnybara resurser , i synnerhet 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 av träalkohol .

För närvarande produceras metanol vanligtvis med metan ( naturgasens huvudbeståndsdel ) som råvara. I Kina tillverkas metanol för bränsle från kol.

"Bio-metanol" kan framställas genom förgasning av organiska material till syntesgas följt av konventionell metanolsyntes. Denna rutt kan erbjuda förnybar metanolproduktion från biomassa till effektivitetsvinster på 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 lämpar sig dock inte för småskalig produktion. [ citat behövs ]

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

Det produceras också av kommunalt fast avfall av Enerkem vid dess anläggning i Edmonton.

Stor bränsleanvändning

Under OPEC:s oljekris 1973 föreslog Reed och Lerner (1973) metanol från kol som ett beprövat bränsle med väletablerad tillverkningsteknik och tillräckliga resurser för att ersätta bensin. Hagen (1976) granskade utsikterna för att syntetisera 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 motorbränsle. Den granskade potentialen för metanolproduktion från naturgas, mycket tunga oljor, bituminösa skiffer, kol, torv och biomassa. År 2005 förespråkade 2006 års Nobelpristagare George A. Olah , GK Surya Prakash och Alain Goeppert en hel metanolekonomi baserad på energilagring i syntetiskt framställd metanol. Metanolinstitutet , branschorganisationen för metanol, publicerar rapporter och presentationer om metanol. Direktör Gregory Dolan presenterade 2008 års globala metanolbränsleindustri i Kina.

Den 26 januari 2011 godkände Europeiska unionens generaldirektorat för konkurrens Energimyndighetens tilldelning på 500 miljoner svenska kronor (ca 56 miljoner euro per januari 2011) för att bygga en 3 miljarder svenska kronor (ca. 335M) experimentell biobränsleanläggning i industriell skala för produktion av biometanol och BioDME vid Domsjö Fabriker bioraffinaderikomplex i Örnsköldsvik , Sverige, med användning av Chemrecs svartlutsförgasningsteknik .

Används

Bränsle för förbränningsmotor

Både metanol och etanol brinner vid lägre temperaturer än bensin och båda är mindre flyktiga, vilket gör att motorn startar i kallt väder svårare. Att använda metanol som bränsle i motorer med gnisttändning kan erbjuda ökad termisk effektivitet 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 det stökiometriska luft-till-bränsleförhållandet på 6,42:1 innebär dock att bränsleförbrukningen (på volym- eller massabaser) blir högre än kolvätebränslen . Det extra vattnet som produceras gör också laddningen ganska våt (liknande väte/syreförbränningsmotorer) och med bildning av sura produkter under förbränning kan slitaget på ventiler, ventilsäten och cylindrar vara högre än vid kolväteförbränning. Vissa tillsatser kan tillsättas bränslet för att neutralisera dessa syror.

Metanol innehåller liksom etanol lösliga och olösliga föroreningar. Dessa lösliga föroreningar, halogenidjoner såsom kloridjoner, har stor effekt på korrosiviteten hos alkoholbränslen. Halidjoner ökar korrosion på två sätt; de angriper kemiskt passiverande oxidfilmer på flera metaller och orsakar gropkorrosion, och de ökar bränslets konduktivitet. Ökad elektrisk ledningsförmåga 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 hygroskopisk , vilket innebär att den absorberar vattenånga direkt från atmosfären. Eftersom absorberat vatten späder ut metanolens bränslevärde (även om det dämpar motorknackningar) och kan orsaka fasseparation av metanol-bensinblandningar, måste behållare med metanolbränslen hållas tätt förslutna.

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

En syra, om än svag, metanol angriper oxidbeläggningen som normalt skyddar aluminiumet från 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 ett oxidationsmedel:

6 CH3OH + 2 Al → 2 Al(OCH3 ) 3 + 3 H2

Denna ömsesidiga process ger effektivt bränsle till korrosion tills antingen metallen äts bort eller koncentrationen av CH 3 OH är försumbar. Metanols korrosivitet har åtgärdats med metanolkompatibla material och bränsletillsatser som fungerar som korrosionsinhibitorer.

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

Tävlings

Ren metanol krävs enligt regeln för att användas i Champcars , Monster Trucks , USAC sprintbilar (såväl som midgets, modifierade, etc. ) och andra grusbanor som World of Outlaws och Motorcycle Speedway , främst för att, i i händelse av en olycka producerar metanol inte ett ogenomskinligt rökmoln. Sedan slutet av 1940-talet används metanol också som den primära bränsleingrediensen i kraftverken för radiostyrning , kontrolllinje och fria flygmodellflygplan (se nedan) , bilar och lastbilar; sådana motorer använder ett glödstift av platinatråd som antänder metanolångan genom en katalytisk reaktion. Dragracers , mud racers och kraftigt modifierade traktordragare använder också metanol som den primära bränslekällan. 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 ett bränsle för lera racers producerar metanol blandat med bensin och dikväveoxid mer kraft än bensin och dikväveoxid enbart.

Från och med 1965 användes ren metanol i stor utsträckning i USAC Indy-biltävlingar , som vid den tiden inkluderade Indianapolis 500 .

Säkerheten var det dominerande inflytandet för antagandet av metanolbränsle i USA:s kategorier för racing 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 som hindrar sikten för snabbt närmande förare, men det kan också fördröja visuell upptäckt av branden och initiering av brandsläckning. En krock med sju bilar under andra varvet av 1964 års Indianapolis 500 resulterade i USAC :s beslut att uppmuntra och senare ge mandat till användningen 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 sikten över banan 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 det första eldklotet, bildade den ett mycket mindre inferno än bensinbilarna och ett som brann osynligt. Det vittnesmålet, och påtryckningar från The Indianapolis Star -författaren George Moore, ledde till övergången till alkoholbränsle 1965.

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

, 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 Nitromethane .

Formel 1- racing fortsätter att använda bensin som bränsle, men under förkrigstidens grand prix-racing användes ofta metanol i bränslet.

Bränsle för modellmotorer

Ytterligare information: Glödbränsle

De tidigaste modellmotorerna för flygplansmodeller som flögs före slutet av andra världskriget använde en 3:1-blandning av vit gas och motorolja med tung viskositet för de tvåtaktsmotorer med gnisttändning som användes för hobbyn på den tiden. År 1948 började den då nya innovationen av glödstiftsmodell att ta över marknaden, vilket krävde användningen av metanolbränsle för att reagera i en katalytisk reaktion med det lindade platinatråden i ett glödstift för att motorn skulle fungera, vanligtvis med användning av ett ricinoljebaserat smörjmedel som ingår i bränsleblandningen i ett förhållande på ungefär 4:1. Variationen av glödtändning av modellmotorer, eftersom den inte längre krävde ett inbyggt batteri , tändspole , tändpunkter och kondensator som en gnisttändningsmodell krävde, sparade värdefull vikt och gjorde att modellflygplan fick bättre flygprestanda. I sina traditionellt populära tvåtakts och allt mer populära fyrtaktsformer är för närvarande tillverkade encylindriga metanoldrivna glödmotorer det vanliga valet för radiostyrda flygplan för fritidsbruk, för motorstorlekar som kan variera från 0,8 cm 3 (0,049 cu) .in.) till så stor som 25 till 32 cm 3 (1,5-2,0 cu.in) slagvolym, och betydligt större slagvolym för två- och flercylindriga flygplansmotorer med motsatt cylindrig och radiell konfiguration, av vilka många är av fyra- slagkonfiguration. De flesta metanoldrivna modellmotorer, särskilt de som tillverkas utanför Nordamerika, kan enkelt köras på så kallad FAI -specifik metanolbränsle. Sådana bränsleblandningar kan krävas av FAI för vissa evenemang i så kallad FAI "Klass F" internationell tävling, som förbjuder användningen av nitrometan som en glödmotorbränslekomponent. Däremot tenderar företag i Nordamerika som tillverkar metanoldrivna 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 när det används 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 användningen i Indien ökar. Dess spis och behållare behöver inga regulatorer eller rör.

Bränsleceller

Metanol används som bränsle i bränsleceller. Vanligtvis används Reformered Metanol Fuel Cell (RMFC) eller Direct Metanol Fuel Cell (DMFC) . Mobila och stationära applikationer är typiska för metanolbränsleceller såsom reservkraftsgenerering, kraftverksgenerering, nödströmförsörjning , hjälpkraftsenhet (APU) och utökad batteriräckvidd ( elfordon , fartyg).

Giftighet

Huvudartikel: Metanoltoxicitet

Metanol förekommer naturligt i människokroppen men är giftigt i höga koncentrationer. Människokroppen har förmågan att metabolisera och hantera små mängder metanol på ett säkert sätt, såsom från vissa konstgjorda sötningsmedel eller frukt, vilket tillfälligt resulterar i giftiga biprodukter i blodomloppet som myrsyra före utsöndring, men du har inga naturliga sätt att hantera med det mesta som finns i ett komplext, flytande kolväte som bensin. Förtäring av 10 ml kan dock orsaka blindhet och 60-100 ml kan vara dödligt om tillståndet är obehandlat. Liksom många flyktiga kemikalier, inklusive etanol och bensin, kan metanol orsaka hud-, ögon- och lungeffekter om de utsätts för stora mängder. Personer som kroniskt exponeras för sådana yttre mängder riskerar att få långsiktiga systemiska hälsoeffekter liknande låggradig metanolförgiftning om de lämnas obehandlade.

USA:s högsta tillåtna exponering i luft (40 h/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 annorlunda exponeringsvägar för toxicitet, är den effektiva toxiciteten inte värre än för bensen eller bensin, och metanolförgiftning är mycket lättare att behandla framgångsrikt. En betydande oro är att metanolförgiftning i allmänhet måste behandlas medan den fortfarande är asymtomatisk för en fullständig återhämtning.

Inandningsrisken minskas av en karakteristisk stickande lukt. Vid koncentrationer högre än 2 000 ppm (0,2 %) är det i allmänhet ganska märkbart, men lägre koncentrationer kan förbli oupptäckta samtidigt som de fortfarande är potentiellt toxiska under längre exponeringar och kan fortfarande utgöra en brand-/explosionsrisk. Återigen, detta liknar bensin och etanol; standardsäkerhetsprotokoll finns för metanol och är mycket lika de för bensin och etanol.

Användningen av metanolbränsle minskar avgasutsläppen av vissa kolväterelaterade gifter som bensen och 1,3-butadien och minskar dramatiskt långvariga grundvattenföroreningar orsakade av bränslespill. Till skillnad från bensenfamiljens bränslen kommer metanol snabbt och giftfritt att brytas ned biologiskt utan att skada miljön på lång sikt så länge den är tillräckligt utspädd.

Brandsäkerhet

Metanol är mycket svårare att antända än bensin och brinner cirka 60 % långsammare. En metanolbrand frigör energi med cirka 20 % av hastigheten för en bensinbrand, vilket resulterar i en mycket svalare låga. Detta resulterar i en mycket mindre farlig brand som är lättare att begränsa med rätt protokoll. Till skillnad från bensinbränder är vatten acceptabelt och till och med föredraget som branddämpande medel för metanolbränder, eftersom detta både kyler elden och snabbt späder ut bränslet under koncentrationen där det bibehåller självantändlighet. Dessa fakta gör att metanol som fordonsbränsle har stora säkerhetsfördelar jämfört med bensin. Etanol delar många av dessa fördelar.

Eftersom metanolånga är tyngre än luft kommer den att ligga kvar nära marken eller i en grop om det inte finns god ventilation, och om koncentrationen av metanol är över 6,7 % i luften kan den tändas av en gnista och explodera över 54 F / 12 C. När en brand i outspädd metanol har brinner avger mycket lite synligt ljus, vilket gör det potentiellt mycket svårt att se elden eller till och med uppskatta dess storlek i starkt dagsljus, även om det i de allra flesta fall existerar föroreningar eller brandfarliga ämnen. i elden (som däck eller asfalt) kommer att färga och förbättra brandens synlighet. Etanol, naturgas, väte och andra befintliga bränslen erbjuder liknande brandsäkerhetsutmaningar, och standardsäkerhets- och brandbekämpningsprotokoll finns för alla sådana bränslen.

Miljöskador efter en olycka underlättas av det faktum att lågkoncentrationsmetanol är biologiskt nedbrytbart, har låg toxicitet och icke-persistent i miljön. Rengöring efter brand kräver ofta bara stora extra mängder vatten för att späda ut den utspillda metanolen följt av dammsugning eller absorptionsåtervinning av vätskan. All metanol som oundvikligen kommer ut i miljön kommer att ha liten långsiktig påverkan, och med tillräcklig utspädning kommer den snabbt att brytas ned biologiskt med liten eller ingen miljöskada på grund av toxicitet. Ett metanolspill som kombineras med ett befintligt bensinspill kan göra att det blandade metanol/bensinspillet kvarstår omkring 30 % till 35 % längre än bara bensinen skulle ha gjort.

Använda sig av

användes nästan 100 miljoner ton metanol, främst till kemikalier .

Förenta staterna

Delstaten Kalifornien körde ett experimentellt program från 1980 till 1990 som gjorde det möjligt för vem som helst att konvertera ett bensinfordon [ vagt ] till 85 % metanol med 15 % valfria tillsatser. Över 500 fordon konverterades till hög kompression och dedikerad användning av 85/15 metanol och etanol.

1982 fick de tre stora vardera $5 000 000 för design och kontrakt för 5 000 fordon som skulle köpas av staten. Det var en tidig användning av lågkompressionsbilar med flexibla bränslen .

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

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

europeiska unionen

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

Brasilien

En strävan att lägga till en avsevärd andel metanol till bensin kom mycket nära implementering i Brasilien , efter ett pilottest som sattes upp av en grupp forskare som involverade att blanda bensin med metanol mellan 1989 och 1992. Det större pilotexperimentet som skulle göras som genomfördes i São Paulo lades in sitt veto i sista minuten av stadens borgmästare, av oro över bensinstationsarbetarnas hälsa, som inte förväntas följa säkerhetsåtgärder. Från och med 2006 har idén inte dykt upp igen. [ citat behövs ]

Indien

Niti Aayog, det centrala planeringsinstitutet i Indien, meddelade den 3 augusti 2018 att om möjligt kommer passagerarfordon att köras på 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 etanol 60 Rs per liter, medan priset på metanol har uppskattats till mindre än 25 Rs per liter. [ citat behövs ]

Se även


externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Methanol_fuel&oldid=1137242000 "