El combustible metanol es un biocombustible alternativo para motores de combustión interna y otros motores, ya sea en combinación con gasolina o de forma independiente. El metanol (CH 3 OH) es menos costoso de producir de manera sostenible que el combustible de 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, previene la acumulación de suciedad dentro del motor, tiene una temperatura de ignición más alta y produce caballos de fuerza equivalentes a los de la gasolina de muy alto octanaje . [1] Puede usarse fácilmente en la mayoría de los motores modernos. [2] Para evitar el bloqueo de vapor por ser un combustible simple y puro, se puede incluir un pequeño porcentaje de otro combustible o ciertos aditivos. El metanol puede producirse a partir de combustibles fósiles o de recursos renovables , en particular gas natural y carbón , o biomasa respectivamente. En el caso de este último, puede sintetizarse a partir de CO 2 ( 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 constantemente hasta 2023. [5] [6] [7] [8] [9] Actualmente, los coches de carreras utilizan combustible de metanol en muchos países y ha Se ha observado una adopción cada vez mayor por parte de la industria marítima .
En 2022, el mercado mundial de biometanol rondaba los 120 millones de dólares. Actualmente, la mayor parte se produce a partir de biomasa. [10] Entre las empresas que invierten significativamente en la producción e investigación de biometanol se encuentran Enerkem , Södra , Mtanex , Alberta Pacific y BASF . [11]
Durante la crisis del petróleo de 1973 , se sugirió el metanol producido a partir del carbón como combustible para sustituir a 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 del reformado con vapor de metano (el principal componente del gas natural ). [15] En China, que produjo alrededor del 60% del metanol mundial en 2014, se elabora principalmente a partir de carbón. [16] Sin embargo, para que sea viable como combustible respetuoso con el medio ambiente, será necesario producirlo 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 mediante 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 ( edulcorante ), que se forman como productos secundarios durante la etapa de gasificación, se puede producir metanol 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 hacer reaccionar el 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 y la alta pureza requeridos. [15] Anualmente se produce una pequeña cantidad de metanol utilizando dióxido de carbono capturado de los gases de combustión industriales . [19]
Debido al alto octanaje del metanol , 114, [20] tiene una mayor eficiencia térmica y producción de energía en comparación con la gasolina. Sin embargo, también es menos volátil y arde a una temperatura más baja que la gasolina, lo que hace más difícil arrancar y calentar 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 , que en sí mismo es 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 del combustible del metanol (aunque suprime el golpe del motor) y puede causar la separación de fases de las mezclas de metanol y gasolina, los contenedores de combustibles de metanol deben mantenerse herméticamente cerrados.
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, metanol ataca la capa de óxido que normalmente protege el 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 efectivamente la corrosión hasta que el metal se corroe o la concentración de CH 3 OH es insignificante. La corrosividad del metanol se ha abordado con materiales compatibles con el metanol y aditivos para combustible que sirven como inhibidores de la corrosión.
El metanol orgánico, producido a partir de madera u otros materiales orgánicos ( bioalcohol ), se ha sugerido como 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.
La regla exige que el metanol puro se utilice en IndyCar , Monster Trucks , autos de velocidad de la USAC (así como enanos, modificados, etc. ) y otras series de pistas de tierra, como World of Outlaws y Motorcycle Speedway , principalmente porque, en En caso de accidente, el metanol no produce una nube de humo opaca. Desde finales de la década de 1940, el metanol también se utiliza como ingrediente principal del combustible en los motores de radiocontrol , aviones de línea de control y de vuelo libre (ver más abajo), automóviles y camiones; Estos motores utilizan una bujía incandescente de filamento de platino que enciende el vapor de metanol mediante una reacción catalítica. Los vehículos de carreras de arrastre , los de barro y los tractores muy modificados también utilizan metanol como principal fuente de combustible. Se requiere metanol con un motor sobrealimentado en un Top Alcohol Dragster y, hasta el final de la temporada 2006, todos los vehículos en las 500 Millas de Indianápolis tenían que funcionar con metanol. Como combustible para los corredores de barro, el metanol mezclado con gasolina y óxido nitroso produce más energía que la gasolina y el óxido nitroso solos.
A partir de 1965, el metanol puro se utilizó ampliamente en las competiciones automovilísticas de la USAC Indy , que en ese 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 monoplazas de Estados Unidos. A diferencia de los incendios de petróleo, los incendios de metanol se pueden extinguir con agua corriente. Un fuego 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 vista de los conductores que se acercan rápidamente, pero esto también puede retrasar la detección visual del incendio y el inicio de la extinción del mismo. Un accidente de siete autos en la segunda vuelta de las 500 Millas de Indianápolis de 1964 resultó en la decisión de la USAC de alentar, y luego exigir, el uso de metanol. Eddie Sachs y Dave MacDonald murieron en el accidente cuando explotaron sus autos que funcionaban con gasolina . El incendio provocado por gasolina creó una peligrosa nube de espeso humo negro que bloqueó por completo la vista de la pista para los autos que venían en sentido contrario. Johnny Rutherford , uno de los otros conductores involucrados, conducía un automóvil que funcionaba con metanol, que también tuvo una fuga después del accidente. Si bien este automóvil ardió por el impacto de la primera bola de fuego, formó un infierno mucho más pequeño que los autos de gasolina y que ardía de manera invisible. Ese testimonio, y la presión del escritor del periódico The Indianapolis Star , George Moore, llevaron al cambio al alcohol como combustible en 1965.
El circuito CART utilizó metanol durante toda su campaña (1979-2007). También lo utilizan muchas organizaciones de pistas cortas, especialmente los enanos, los autos de velocidad y las bicicletas de carreras. La IRL utilizó metanol puro de 1996 a 2006.
En 2006, en asociación con la industria del etanol , la IRL utilizó una mezcla de 10% de etanol y 90% de metanol como combustible. A partir de 2007, la IRL pasó al etanol "puro" , E100. [25]
El combustible de metanol también se usa ampliamente en las carreras de resistencia , principalmente en la categoría Top Alcohol , mientras que se puede usar entre 10% y 20% de metanol en las clases Top Fuel además del nitrometano .
Las carreras de Fórmula Uno siguen utilizando gasolina como combustible, pero en los grandes premios de antes de la guerra se utilizaba a menudo metanol como combustible.
En 2020, la Organización Marítima Internacional adoptó la MSC.1/Circular.1621, que codifica el uso y las disposiciones adecuadas para el metanol como combustible, en respuesta a su creciente uso en las industrias marítima y naviera . [26] A partir de 2023, actores clave de la industria, incluidos Maersk , COSCO Shipping y CMA CGM, han encargado aproximadamente 100 barcos que queman metanol. [27] [28] La mayoría de estos barcos contienen motores de combustible dual , lo que significa que son capaz de quemar tanto combustible búnker como metanol.
Los desafíos actuales que enfrenta el metanol como combustible giran en torno al costo, la disponibilidad y las regulaciones sobre emisiones. Adaptar una barcaza petrolera a metanol puede costar aproximadamente 1,6 millones de dólares. [27] Además, el metanol fósil aumenta el ciclo de vida total de 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 través de recursos de carbono cero o negativo, como la biomasa ) es actualmente limitada y casi duplica el precio del combustible búnker. 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 naturalmente a medida que se sigan realizando pedidos de buques 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 los 19 barcos encargados. [27]
Los Emiratos Árabes Unidos están invirtiendo en estaciones de servicio de metanol verde en Egipto para los barcos que utilizan el Canal de Suez.
Los primeros modelos de motores para modelos de aviones de vuelo libre volados antes del final de la Segunda Guerra Mundial utilizaban una mezcla 3:1 de gas blanco y aceite de motor de alta viscosidad para los motores de encendido por chispa de dos tiempos utilizados para el hobby en ese momento. En 1948, la entonces nueva innovación de los modelos de motores 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 funcionara, 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 modelos de motores de encendido por incandescencia, debido a que ya no requería una batería a bordo , bobina de encendido , puntos de encendido y capacitores que requería un modelo de motor de 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 incandescentes monocilíndricos alimentados con metanol producidos actualmente son la opción habitual para aviones radiocontrolados para uso recreativo, para tamaños de motor que pueden oscilar entre 0,8 cm 3 (0,049 cu .in.) hasta un desplazamiento de hasta 25 a 32 cm 3 (1,5-2,0 cu.in), y desplazamientos significativamente mayores para motores de avión de modelo de configuración radial y de cilindros opuestos gemelos y multicilíndricos, muchos de los cuales son de cuatro configuración de carrera. La mayoría de los modelos de motores alimentados con metanol, especialmente aquellos fabricados fuera de Norteamérica, pueden funcionar fácilmente con el llamado combustible de metanol con especificación FAI . La FAI puede exigir tales mezclas de combustible para ciertos eventos en la competencia internacional llamada "Clase F" de la FAI , que prohíbe el uso de nitrometano como componente de combustible para motores incandescentes. Por el contrario, las empresas de América del Norte que fabrican modelos de motores alimentados con metanol, o que tienen su sede fuera de ese continente y tienen un mercado importante en América del Norte para este tipo de motores en miniatura, tienden a producir motores que pueden funcionar mejor, y a menudo lo hacen, con un cierto porcentaje de energía. de nitrometano en el combustible, que cuando se usa puede ser tan solo del 5% al 10% del volumen, y puede ser hasta del 25 al 30% del volumen total del combustible.
El metanol se utiliza como combustible para cocinar en China y su uso está aumentando en la India. [30] Su estufa y su recipiente no necesitan reguladores ni tuberías. [30]
El metanol se utiliza como combustible en las pilas de combustible. Normalmente se utiliza una pila de combustible de metanol reformada (RMFC) o una pila de combustible de metanol directo (DMFC) . Las aplicaciones móviles y estacionarias son típicas de las pilas de combustible de metanol, como la generación de energía de respaldo, la generación de plantas de energía, el suministro de energía de emergencia , la unidad de energía auxiliar (APU) y la extensión del alcance de la batería ( vehículos eléctricos , barcos).
El metanol se encuentra naturalmente en el cuerpo humano pero es venenoso en altas concentraciones. El cuerpo humano es capaz de metabolizar y manejar pequeñas cantidades de metanol de manera segura, como las de ciertos edulcorantes artificiales o frutas, lo que produce temporalmente subproductos tóxicos en el torrente sanguíneo como el ácido fórmico antes de su excreción, mientras que no puede metabolizar de manera segura hidrocarburos más complejos. como gasolina. [31] Sin embargo, la ingestión de 10 ml puede causar ceguera y 60 a 100 ml pueden ser mortales si la afección no se trata. [32] 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 sustanciales. 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 baja calidad si no se tratan. [33]
La exposición máxima permitida en el aire en Estados Unidos (40 h/semana) es de 1900 mg/m 3 para etanol, 900 mg/m 3 para gasolina y 1260 mg/m 3 para metanol. Sin embargo, es mucho menos volátil que la gasolina y, por lo tanto, tiene menores emisiones de evaporación, lo que produce un menor riesgo de exposición a 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 sustancial es que la intoxicación por metanol generalmente debe tratarse mientras aún es asintomática para una recuperación completa.
El riesgo de inhalación se ve mitigado por un olor acre característico. En concentraciones superiores a 2000 ppm (0,2%), generalmente es bastante perceptible; sin embargo, concentraciones más bajas pueden pasar desapercibidas y, al mismo tiempo, seguir siendo potencialmente tóxicas en exposiciones más prolongadas y aún pueden presentar un riesgo de incendio o explosión. Nuevamente, esto es similar a 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 combustible de metanol reduce las emisiones de escape de ciertas toxinas relacionadas 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 biodegradará rápida y no tóxicamente sin dañar el medio ambiente a largo plazo, 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 de metanol libera energía a aproximadamente el 20% de la velocidad de un incendio de gasolina, lo que resulta en una llama mucho más fría. Esto da como resultado un incendio mucho menos peligroso y más fácil de contener con los protocolos adecuados. A diferencia de los incendios de gasolina, el agua es aceptable e incluso preferida como extintor de incendios para incendios de metanol, ya que 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. [34] El etanol comparte muchas de estas mismas ventajas.
Dado que 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 del 54%. F / 12 C. Una vez en llamas, un fuego de metanol sin diluir emite muy poca luz visible, lo que hace potencialmente muy difícil ver el fuego o incluso estimar su tamaño a la luz del día, aunque, en la gran mayoría de los casos, los contaminantes o productos 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 en materia de seguridad contra incendios, y existen protocolos estándar de seguridad y extinción de incendios para todos esos combustibles. [35]
La mitigación del daño ambiental posterior a un accidente se ve facilitada por el hecho de que el metanol en baja concentración es biodegradable, de baja toxicidad y no persistente en el medio ambiente. La limpieza posterior al incendio a menudo simplemente requiere grandes cantidades adicionales de agua para diluir el metanol derramado, seguido de aspiración o recuperación por absorción del fluido. Cualquier metanol que inevitablemente escape 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 de mezcla de metanol/gasolina persista entre un 30% y un 35% más de lo que hubiera durado la gasolina sola. [35] [36] [37]
En 2019 se utilizaron casi 100 millones de toneladas de metanol, principalmente para productos químicos . [38]
El estado de California ejecutó un programa experimental de 1980 a 1990 que permitía a cualquier persona convertir un vehículo de gasolina [ vago ] en un 85% de metanol con un 15% de aditivos de su elección. Más de 500 vehículos se convirtieron a alta compresión y se utilizaron exclusivamente metanol y etanol 85/15.
En 1982, los tres grandes recibieron cada uno 5.000.000 de dólares para el diseño y contratos para la compra de 5.000 vehículos por parte del Estado. Fue uno de los primeros usos de vehículos de combustible flexible de baja compresión .
En 2005, el gobernador de California, Arnold Schwarzenegger , dejó el uso de metanol para sumarse a la expansión del uso de etanol impulsada por los productores de maíz. En 2007, el precio del etanol era de 3 a 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.
Actualmente no hay gasolineras operativas 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": "Para exigir a los fabricantes de automóviles que aseguren que no menos del 80 por ciento de los automóviles fabricados o vendidos en los Estados Unidos por cada uno de dichos fabricantes funcionen sobre mezclas de combustibles que contengan 85 por ciento de etanol, 85 por ciento de metanol o biodiesel". [39]
La Directiva sobre calidad de los combustibles modificada, adoptada en 2009, permite una mezcla de hasta un 3% v/v de metanol en la gasolina. [40]
Una campaña para agregar un porcentaje apreciable de metanol a la gasolina estuvo muy cerca de implementarse en Brasil , luego de una prueba piloto establecida por un grupo de científicos que involucraba mezclar gasolina con metanol entre 1989 y 1992. El experimento piloto a mayor escala que iba a ser realizado en São Paulo fue vetado en el último momento por el alcalde de la ciudad, por preocupación por la salud de los trabajadores de las gasolineras, de quienes no se esperaba que siguieran las precauciones de seguridad. Hasta 2006 [actualizar], la idea no ha resurgido. [ cita necesaria ]
Niti Aayog, el instituto central de planificación de la India, anunció el 3 de agosto de 2018 que, si es posible, los vehículos de pasajeros funcionarán con gasolina mezclada con un 15% de metanol. [41] 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 estima en menos de 25 rupias el litro. [ cita necesaria ]
El texto fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0.Los 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. Cuando se utilizó metanol se encontró una tolerancia EGR del 27 %. Las eficiencias del motor alimentado con metanol obtenidas con EGR son superiores a las obtenidas con funcionamiento estequiométrico estrangulado.
{{cite web}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ) [ enlace muerto ]{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )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%).