El metanol es un biocombustible alternativo para motores de combustión interna y otros, ya sea en combinación con gasolina o de forma independiente. El metanol ( CH3OH ) es menos costoso de producir de forma sostenible que el etanol , aunque es más tóxico que el etanol y tiene una densidad energética menor que la gasolina . El metanol es más seguro para el medio ambiente que la gasolina, es un agente anticongelante, evita la acumulación de suciedad y mugre en el motor, tiene una temperatura de ignición más alta y produce una potencia equivalente a la de la gasolina de octano súper alto . [1] Se puede utilizar fácilmente en la mayoría de los motores modernos. [2] Para evitar el bloqueo de vapor debido a que es un combustible simple y puro, se puede incluir un pequeño porcentaje de otro combustible o ciertos aditivos. El metanol puede fabricarse a partir de combustibles fósiles o recursos renovables , en particular gas natural y carbón , o biomasa respectivamente. En el caso de este último, se puede sintetizar a partir de CO2 ( dióxido de carbono ) e hidrógeno . [3] La gran mayoría del metanol producido a nivel mundial se elabora actualmente con gas y carbón. [4] Sin embargo, los proyectos, las inversiones y la producción de metanol verde han aumentado de manera constante hasta 2023. [5] [6] [7] [8] [9] El metanol como combustible se utiliza actualmente en coches de carreras de muchos países y su adopción por parte de la industria marítima ha aumentado .
En 2022, el mercado mundial del biometanol rondaba los 120 millones de dólares. La mayor parte se fabrica actualmente a partir de biomasa. [10] Entre las empresas que invierten significativamente en la producción e investigación de biometanol se encuentran Enerkem , Södra , Methanex , Alberta Pacific y BASF . [11]
Durante la crisis del petróleo de 1973 , se sugirió el metanol producido a partir de carbón como combustible para reemplazar la gasolina. [12] En 2005, George A. Olah propuso una " economía del metanol " basada en el almacenamiento de energía en metanol producido sintéticamente. [13] [14]
En la mayoría de los países, el metanol se produce actualmente a partir de gas de síntesis , obtenido a partir del reformado con vapor del metano (el componente principal del gas natural ). [15] En China, que produjo alrededor del 60% del metanol del mundo en 2014, se fabrica principalmente a partir de carbón. [16] Sin embargo, para ser viable como combustible respetuoso con el medio ambiente, deberá producirse a partir de materias primas renovables, la más importante de las cuales es la biomasa . El metanol producido a partir de biomasa a veces se denomina biometanol. [15] El biometanol se produce principalmente por gasificación de biomasa. Al igual que la producción tradicional de metanol, esto produce gas de síntesis. Después de eliminar el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono ( endulzamiento ), que se forman como productos secundarios durante el paso de gasificación, el metanol se puede producir utilizando métodos convencionales. [15] Esta ruta puede ofrecer producción renovable de metanol a partir de biomasa con eficiencias de hasta el 75%. [17]
También se han propuesto métodos de producción que utilizan dióxido de carbono como materia prima. Este método implica la reacción del dióxido de carbono con gas hidrógeno a altas temperaturas y presiones en presencia de un catalizador a base de cobre . [18] El principal inconveniente de este enfoque es la dificultad de aislar el dióxido de carbono y el gas hidrógeno en los grandes volúmenes requeridos y con la alta pureza. [15] Anualmente se produce una pequeña cantidad de metanol utilizando dióxido de carbono capturado de los gases de combustión industriales . [19]
Debido a su alto índice de octano de 114, [20] el metanol tiene una mayor eficiencia térmica y potencia de salida en comparación con la gasolina. Sin embargo, también es menos volátil y se quema a una temperatura más baja que la gasolina, lo que dificulta el arranque y el calentamiento de un motor en climas fríos. Además, su energía específica relativamente baja de alrededor de 17 MJ/kg (en comparación con los 34 MJ/kg de la gasolina) [21] y su relación aire-combustible de 6,4:1 significan que sufre un mayor consumo de combustible que los combustibles de hidrocarburos . Debido a que produce más vapor de agua cuando se quema (similar a los motores de combustión de hidrógeno ) y algunos subproductos ácidos, es probable que aumente el desgaste de los componentes del motor. Puede contener contaminantes solubles como iones de cloruro , [22] lo que lo hace más corrosivo. Los contaminantes insolubles, como el hidróxido de aluminio , en sí mismo un producto de la corrosión por iones de haluro, obstruyen el sistema de combustible con el tiempo. El metanol también es higroscópico , lo que significa que absorbe vapor de agua de la atmósfera. [23] Debido a que el agua absorbida diluye el valor de combustible del metanol (aunque suprime el golpeteo del motor) y puede causar la separación de fases de las mezclas de metanol y gasolina, los contenedores de combustibles de metanol deben mantenerse bien sellados.
En comparación con la gasolina, el metanol es más tolerante a la recirculación de gases de escape (EGR), lo que mejora la eficiencia del combustible de los motores de combustión interna que utilizan el ciclo Otto y el encendido por chispa. [24]
Un ácido, aunque débil, el metanol ataca la capa de óxido que normalmente protege al aluminio de la corrosión:
Las sales de metóxido resultantes son solubles en metanol, lo que da como resultado una superficie de aluminio limpia, que se oxida fácilmente con el oxígeno disuelto . Además, el metanol puede actuar como oxidante:
Este proceso recíproco alimenta eficazmente la corrosión hasta que el metal se corroe o la concentración de CH3OH es insignificante. La corrosividad del metanol se ha abordado con materiales compatibles con el metanol y aditivos para combustibles que actúan como inhibidores de la corrosión.
Se ha sugerido que el metanol orgánico, producido a partir de madera u otros materiales orgánicos ( bioalcohol ), es una alternativa renovable a los hidrocarburos derivados del petróleo . Se pueden utilizar niveles bajos de metanol en los vehículos existentes con la adición de cosolventes e inhibidores de corrosión.
El metanol puro es obligatorio por ley para ser utilizado en IndyCar , Monster Trucks , USAC sprint cars (así como midgets, modificados, etc. ) y otras series de pistas de tierra, como World of Outlaws y Motorcycle Speedway , principalmente porque, en caso de accidente, el metanol no produce una nube opaca de humo. Desde finales de la década de 1940, el metanol también se utiliza como ingrediente principal del combustible en los motores de radiocontrol , línea de control y modelos de vuelo libre (ver más abajo), automóviles y camiones; dichos motores utilizan una bujía incandescente de filamento de platino que enciende el vapor de metanol a través de una reacción catalítica. Los corredores de dragsters , corredores de barro y tractores muy modificados también utilizan metanol como fuente principal de combustible. El metanol es obligatorio con un motor sobrealimentado en un Top Alcohol Dragster y, hasta el final de la temporada 2006, todos los vehículos de las 500 Millas de Indianápolis tenían que funcionar con metanol. Como combustible para carreras de barro, el metanol mezclado con gasolina y óxido nitroso produce más potencia que la gasolina y el óxido nitroso solos.
A partir de 1965, el metanol puro se empezó a utilizar ampliamente en las competiciones de coches de competición USAC Indy , que en aquel momento incluían las 500 Millas de Indianápolis .
La seguridad fue la influencia predominante para la adopción del combustible de metanol en las categorías de carreras de ruedas abiertas de los Estados Unidos. A diferencia de los incendios de petróleo, los incendios de metanol se pueden extinguir con agua corriente. Un incendio a base de metanol arde de forma invisible, a diferencia de la gasolina, que arde con una llama visible. Si se produce un incendio en la pista, no hay llamas ni humo que obstruyan la visión de los conductores que se acercan rápidamente, pero esto también puede retrasar la detección visual del incendio y el inicio de la extinción del incendio. Un choque de siete coches en la segunda vuelta de las 500 Millas de Indianápolis de 1964 dio lugar a la decisión de la USAC de fomentar, y más tarde imponer, el uso de metanol. Eddie Sachs y Dave MacDonald murieron en el accidente cuando sus coches alimentados con gasolina explotaron. El incendio provocado por la gasolina creó una peligrosa nube de humo negro espeso que bloqueó por completo la visión de la pista para los coches que se aproximaban. Johnny Rutherford , uno de los otros conductores implicados, conducía un coche alimentado con metanol, que también goteó tras el accidente. Aunque este coche se quemó por el impacto de la primera bola de fuego, formó un infierno mucho más pequeño que los coches de gasolina y que ardió de forma invisible. Ese testimonio, y la presión del escritor del Indianapolis Star George Moore, llevaron a que en 1965 se cambiara al combustible a base de alcohol.
El circuito CART utilizó metanol durante toda su campaña (1979-2007). También lo utilizan muchas organizaciones de circuitos cortos, especialmente midget, sprint cars y speedway. La IRL utilizó metanol puro entre 1996 y 2006.
En 2006, en colaboración con la industria del etanol , el IRL utilizó una mezcla de 10% de etanol y 90% de metanol como combustible. A partir de 2007, el IRL pasó al etanol "puro" , E100. [25]
El combustible de metanol también se utiliza ampliamente en carreras de aceleración , principalmente en la categoría Top Alcohol , mientras que entre un 10% y un 20% de metanol se puede utilizar en clases Top Fuel además de nitrometano .
Las carreras de Fórmula Uno siguen utilizando gasolina como combustible, pero en las carreras de grandes premios de antes de la guerra a menudo se utilizaba metanol como combustible.
En 2020, la Organización Marítima Internacional adoptó la Circular MSC.1/1621 que codifica el uso adecuado y las disposiciones para el metanol como combustible, en respuesta a su creciente uso en las industrias marítima y naviera . [26] En 2023, los actores clave de la industria, incluidos Maersk , COSCO Shipping y CMA CGM , han ordenado aproximadamente 100 barcos que queman metanol [27] [28] La mayoría de estos barcos contienen motores de combustible dual , lo que significa que son capaces de quemar tanto combustible búnker como metanol.
Los desafíos actuales que enfrenta el metanol como combustible giran en torno a los costos, la disponibilidad y las regulaciones sobre emisiones. La modernización de una barcaza petrolera para utilizar metanol puede costar aproximadamente 1,6 millones de dólares. [27] Además, el metanol fósil aumenta el ciclo de vida total de los GEI y las emisiones a través del proceso de producción. La gran mayoría de la producción mundial de metanol es de origen fósil, que se produce utilizando gas y carbón . [29] [4] La disponibilidad de metanol verde (que se produce a partir de recursos con carbono cero o negativo, como la biomasa ) es actualmente limitada y casi duplica el precio del combustible para búnkeres. Sin embargo, se ha dicho que acelerar la producción de metanol renovable no es un desafío global significativo, y muchos en la industria especulan que la producción podría crecer de forma natural a medida que se sigan realizando pedidos de barcos de metanol. [27] En 2023, el gigante naviero Maersk firmó acuerdos con productores privados de metanol verde en varios países para cumplir con el millón de toneladas necesarias para operar sus 19 barcos pedidos. [27]
Los Emiratos Árabes Unidos están invirtiendo en estaciones de reabastecimiento de metanol verde en Egipto para los barcos que utilizan el Canal de Suez.
Los primeros motores para modelos de aviones de vuelo libre que volaron antes del final de la Segunda Guerra Mundial usaban una mezcla 3:1 de gasolina blanca y aceite de motor de alta viscosidad para los motores de encendido por chispa de dos tiempos que se usaban para el hobby en ese momento. En 1948, la entonces nueva innovación de los motores de modelos con encendido por bujía incandescente comenzó a apoderarse del mercado, requiriendo el uso de combustible de metanol para reaccionar en una reacción catalítica con el filamento de platino enrollado en una bujía incandescente para que el motor funcione, generalmente usando un lubricante a base de aceite de ricino contenido en la mezcla de combustible en una proporción de aproximadamente 4:1. La variedad de motor de modelos con encendido por incandescencia, debido a que ya no requería una batería a bordo , una bobina de encendido , puntos de encendido y un condensador que requería un motor de modelos con encendido por chispa, ahorró un peso valioso y permitió que los modelos de aviones tuvieran un mejor rendimiento de vuelo. En sus formas tradicionalmente populares de dos tiempos y cada vez más populares de cuatro tiempos, los motores de incandescencia monocilíndricos alimentados con metanol que se producen actualmente son la opción habitual para aviones de radiocontrol para uso recreativo, para tamaños de motor que pueden variar desde 0,8 cm3 ( 0,049 pulgadas cúbicas) hasta 25 a 32 cm3 ( 1,5-2,0 pulgadas cúbicas) de cilindrada, y cilindradas significativamente mayores para motores de aviones modelo de configuración radial y de cilindros opuestos de dos o más cilindros, muchos de los cuales son de configuración de cuatro tiempos. La mayoría de los motores de modelos alimentados con metanol, especialmente los fabricados fuera de Norteamérica, pueden funcionar fácilmente con el llamado combustible de metanol de especificación FAI . Dichas mezclas de combustible pueden ser requeridas por la FAI para ciertos eventos en la llamada competencia internacional FAI "Clase F" , que prohíbe el uso de nitrometano como componente de combustible de motores de incandescencia. Por el contrario, las empresas de América del Norte que fabrican motores modelo alimentados con metanol, o que tienen su sede fuera de ese continente y tienen un mercado importante en América del Norte para esas plantas de energía en miniatura, tienden a producir motores que pueden funcionar mejor, y a menudo lo hacen, con un cierto porcentaje de nitrometano en el combustible, que cuando se utiliza puede ser tan poco como el 5% al 10% del volumen, y puede ser tanto como el 25 al 30% del volumen total de combustible.
El metanol se utiliza como combustible para cocinar en China y su uso está aumentando en la India. [30] Sus estufas y cartuchos no necesitan reguladores ni tuberías. [30]
El metanol se utiliza como combustible en las pilas de combustible. Normalmente se utilizan pilas de combustible de metanol reformado (RMFC) o pilas de combustible de metanol directo (DMFC) . Las pilas de combustible de metanol se utilizan habitualmente en aplicaciones móviles y estacionarias, como la generación de energía de reserva, la generación de energía en plantas eléctricas, el suministro de energía de emergencia , la unidad de energía auxiliar (APU) y la ampliación de la autonomía de las baterías ( vehículos eléctricos , barcos).
El metanol verde es un combustible líquido que se produce a partir de la combinación de dióxido de carbono e hidrógeno ( CO2 +3H2 → CH3OH +H2O ) bajo presión y calor con catalizadores . Es una forma de reutilizar la captura de carbono para reciclar . El metanol puede almacenar hidrógeno de forma económica a temperaturas y presiones exteriores estándar , en comparación con el hidrógeno líquido y el amoníaco que necesitan utilizar mucha energía para mantenerse fríos en su estado líquido . [31] En 2023, el Laura Maersk fue el primer buque portacontenedores en funcionar con combustible de metanol. [32] Las plantas de etanol en el medio oeste son un buen lugar para la captura de carbono puro para combinarlo con hidrógeno para producir metanol verde, con abundante energía eólica y nuclear en Iowa , Minnesota e Illinois . [33] [34] Mezclar metanol con etanol podría hacer que el metanol sea un combustible más seguro de usar porque el metanol no tiene una llama visible a la luz del día y no emite humo, y el etanol tiene una llama amarilla clara visible. [35] [36] [37] La producción de hidrógeno verde con una eficiencia del 70% y una eficiencia del 70% en la producción de metanol a partir de eso sería una eficiencia de conversión de energía del 49% . [38]
El metanol se encuentra de forma natural en el cuerpo humano, pero es venenoso en altas concentraciones. El cuerpo humano es capaz de metabolizar y procesar pequeñas cantidades de metanol de forma segura, como las que se encuentran en ciertos edulcorantes artificiales o frutas, lo que da lugar temporalmente a subproductos tóxicos en el torrente sanguíneo, como el ácido fórmico , antes de su excreción, mientras que no puede metabolizar de forma segura hidrocarburos más complejos como la gasolina. [39] Sin embargo, la ingestión de 10 ml puede causar ceguera y la ingestión de 60 a 100 ml puede ser mortal si la afección no se trata. [40] Al igual que muchos productos químicos volátiles, incluidos el etanol y la gasolina, el metanol puede dañar la piel, los ojos y los pulmones si se expone a cantidades importantes. Las personas expuestas crónicamente a cantidades tan grandes corren el riesgo de desarrollar efectos sistémicos a largo plazo para la salud similares a la intoxicación por metanol de bajo grado si no se trata. [41]
La exposición máxima permitida en Estados Unidos en el aire (40 h/semana) es de 1900 mg/m3 para el etanol, 900 mg/m3 para la gasolina y 1260 mg/m3 para el metanol. Sin embargo, es mucho menos volátil que la gasolina y, por lo tanto, tiene menores emisiones por evaporación, lo que produce un menor riesgo de exposición en caso de un derrame equivalente. Si bien el metanol ofrece vías de exposición a la toxicidad algo diferentes, la toxicidad efectiva no es peor que la del benceno o la gasolina, y la intoxicación por metanol es mucho más fácil de tratar con éxito. Una preocupación importante es que la intoxicación por metanol generalmente debe tratarse mientras aún es asintomática para lograr una recuperación completa.
El riesgo de inhalación se mitiga con un olor penetrante característico. En concentraciones superiores a 2000 ppm (0,2 %) suele ser bastante perceptible; sin embargo, concentraciones más bajas pueden pasar desapercibidas y, aun así, ser potencialmente tóxicas en exposiciones prolongadas, y aun así pueden presentar un peligro de incendio o explosión. Nuevamente, esto es similar a lo que ocurre con la gasolina y el etanol; existen protocolos de seguridad estándar para el metanol y son muy similares a los de la gasolina y el etanol.
El uso de metanol como combustible reduce las emisiones de ciertos contaminantes relacionados con los hidrocarburos, como el benceno y el 1,3-butadieno, y reduce drásticamente la contaminación a largo plazo de las aguas subterráneas causada por los derrames de combustible. A diferencia de los combustibles de la familia del benceno, el metanol se biodegrada rápidamente y de manera no tóxica sin causar daños a largo plazo al medio ambiente, siempre que esté suficientemente diluido.
El metanol es mucho más difícil de encender que la gasolina y arde aproximadamente un 60% más lento. Un incendio con metanol libera energía a un ritmo de alrededor del 20% de un incendio con gasolina, lo que da como resultado una llama mucho más fría. Esto da como resultado un incendio mucho menos peligroso que es más fácil de contener con los protocolos adecuados. A diferencia de los incendios con gasolina, el agua es aceptable e incluso preferida como extintor de incendios en incendios con metanol, ya que esto enfría el fuego y diluye rápidamente el combustible por debajo de la concentración en la que mantendrá la autoinflamabilidad. Estos hechos significan que, como combustible para vehículos, el metanol tiene grandes ventajas de seguridad sobre la gasolina. [42] El etanol comparte muchas de estas mismas ventajas.
Como el vapor de metanol es más pesado que el aire, permanecerá cerca del suelo o en un pozo a menos que haya una buena ventilación, y si la concentración de metanol es superior al 6,7% en el aire, puede encenderse con una chispa y explotará por encima de los 54 F / 12 C. Una vez en llamas, un incendio de metanol sin diluir emite muy poca luz visible, lo que hace que sea potencialmente muy difícil ver el incendio o incluso estimar su tamaño a plena luz del día, aunque, en la gran mayoría de los casos, los contaminantes o inflamables existentes en el incendio (como neumáticos o asfalto) colorearán y mejorarán la visibilidad del incendio. El etanol, el gas natural, el hidrógeno y otros combustibles existentes ofrecen desafíos similares de seguridad contra incendios, y existen protocolos estándar de seguridad y extinción de incendios para todos esos combustibles. [43]
La mitigación de los daños ambientales posteriores a un accidente se ve facilitada por el hecho de que el metanol de baja concentración es biodegradable, de baja toxicidad y no persistente en el medio ambiente. La limpieza posterior a un incendio a menudo solo requiere grandes cantidades adicionales de agua para diluir el metanol derramado, seguidas de la aspiración o recuperación por absorción del fluido. Todo metanol que se escape inevitablemente al medio ambiente tendrá poco impacto a largo plazo y, con una dilución suficiente, se biodegradará rápidamente con poco o ningún daño ambiental debido a la toxicidad. Un derrame de metanol que se combina con un derrame de gasolina existente puede hacer que el derrame mixto de metanol y gasolina persista aproximadamente entre un 30% y un 35% más de lo que hubiera persistido la gasolina sola. [43] [44] [45]
En 2019 se utilizaron casi 100 millones de toneladas de metanol, principalmente para productos químicos . [46]
El estado de California llevó a cabo un programa experimental entre 1980 y 1990 que permitía a cualquier persona convertir un vehículo de gasolina [ vague ] a 85% de metanol con 15% de aditivos de su elección. Más de 500 vehículos fueron convertidos a alta compresión y uso exclusivo de 85/15 metanol y etanol.
En 1982, los tres grandes recibieron 5.000.000 de dólares cada uno para el diseño y los contratos de 5.000 vehículos que el Estado compraría. Fue uno de los primeros usos de vehículos de combustible flexible de baja compresión .
En 2005, el gobernador de California, Arnold Schwarzenegger , detuvo el uso de metanol para sumarse al uso creciente de etanol impulsado por los productores de maíz. En 2007, el etanol se vendía a entre 3 y 4 dólares por galón (0,8 a 1,05 dólares por litro) en el surtidor, mientras que el metanol elaborado a partir de gas natural se mantiene a 47 centavos por galón (12,5 centavos por litro) a granel, no en el surtidor.
En la actualidad, no hay estaciones de servicio en funcionamiento en California que suministren metanol en sus surtidores. El representante Eliot Engel [D-NY17] ha presentado en el Congreso la ley "An Open Fuel Standard" (Norma abierta sobre combustibles): "Para exigir a los fabricantes de automóviles que garanticen que no menos del 80 por ciento de los automóviles fabricados o vendidos en los Estados Unidos por cada uno de esos fabricantes funcionen con mezclas de combustible que contengan un 85 por ciento de etanol, un 85 por ciento de metanol o biodiésel". [47]
La Directiva sobre la calidad del combustible modificada, adoptada en 2009, permite la mezcla de hasta un 3% v/v de metanol en la gasolina. [48]
En Brasil , un grupo de científicos llevó a cabo una prueba piloto para añadir un porcentaje considerable de metanol a la gasolina, que estuvo muy cerca de implementarse . Entre 1989 y 1992, un grupo de científicos llevó a cabo una prueba piloto que incluía mezclar gasolina con metanol. El alcalde de la ciudad vetó en el último minuto el experimento piloto a mayor escala que se iba a realizar en São Paulo , preocupado por la salud de los trabajadores de las gasolineras, de quienes no se esperaba que siguieran las precauciones de seguridad. Hasta 2006 [update], la idea no había vuelto a surgir. [ cita requerida ]
El 3 de agosto de 2018, el Instituto de Planificación Central de la India, Niti Aayog, anunció que, de ser posible, los vehículos de pasajeros funcionarán con gasolina mezclada con un 15 % de metanol. [49] En la actualidad, los vehículos en la India utilizan hasta un 10 % de combustible mezclado con etanol. Si el gobierno lo aprueba, reducirá los costos mensuales de combustible en un 10 %. En 2021, el etanol cuesta 60 rupias el litro, mientras que el precio del metanol se ha estimado en menos de 25 rupias el litro. [ cita requerida ]
El texto fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 InternacionalLos resultados en el motor Audi indican que el metanol es más tolerante a la EGR que la gasolina, debido a su mayor velocidad de llama. Se encontró una tolerancia a la EGR del 27 % cuando se utilizó metanol. Las eficiencias del motor alimentado con metanol obtenidas con EGR son superiores a las obtenidas con la operación estequiométrica estrangulada.
{{cite web}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ) [ enlace roto ]{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Se utiliza en grandes cantidades (más de 98 Mt en 2019), principalmente como materia prima para productos químicos (80%) y en volúmenes más pequeños como portador de energía (20%).