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O metanol é um combustível alternativo para a combustão interna e outros motores, seja em combinação com gasolina ou diretamente (“puro”). É usado em carros de corrida em muitos países.Nos EUA, o combustível de metanol recebeu menos atenção do que o etanol como alternativa aos combustíveis derivados do petróleo. Em geral, o etanol é menos tóxico e tem maior densidade de energia, embora o metanol seja mais barato de produzir de forma sustentável e seja uma maneira menos dispendiosa de reduzir a pegada de carbono. No entanto, para otimizar o desempenho do motor, a disponibilidade de combustível, a toxicidade e a vantagem política, uma mistura de etanol, metanol e petróleo provavelmente será preferível ao uso de qualquer uma dessas substâncias individualmente. O metanol pode ser produzido a partir de hidrocarbonetos ou de recursos renováveis, em especial gás natural e biomassa, respetivamente. Também pode ser sintetizado a partir de CO2 (dióxido de carbono) e hidrogênio.
O metanol é frequentemente usado como combustível, geralmente misturado à gasolina, mas devido às desvantagens, não é tão popular quanto os outros, como pode ser o etanol. A vantagem mais marcante que apresenta, é sua fabricação simples, a partir do metano, ou através da pirólise da matéria orgânica. No entanto, a pirólise não é conveniente, a menos que você trabalhe em um nível industrial, caso contrário, não seria econômico. Outra desvantagem é a sua alta toxicidade, e é por isso que você deve prestar muita atenção e cuidado ao manipulá-lo ou usá-lo. O metanol é considerado um produto químico de tipo básico, do qual são obtidos vários produtos secundários.
História e Produção
Historicamente, o metanol foi produzido pela primeira vez por destilação destrutiva (pirólise) da madeira, resultando em seu nome inglês comum de álcool de madeira.
Atualmente, o metanol é normalmente produzido usando metano (o principal constituinte do gás natural) como matéria-prima. Na China, o metanol é feito de combustível do carvão.
“Biometanol” pode ser produzido por gaseificação de materiais orgânicos para gás de síntese seguido por síntese convencional de metanol. Esta rota pode oferecer produção de metanol a partir de biomassa com eficiências de até 75%. A produção generalizada por esta rota tem um potencial proposto para oferecer combustível metanol a um baixo custo e com benefícios para o meio ambiente. Estes métodos de produção, no entanto, não são adequados para a produção em pequena escala.
Recentemente, o metanol foi produzido usando energia renovável e dióxido de carbono como matéria-prima. A Carbon Recycling International, uma empresa islandesa-americana, completou a primeira usina de metanol renovável em escala comercial em 2011.
Maior uso de combustível
Durante a crise do petróleo da OPEP em 1973, Reed e Lerner (1973) propuseram o metanol do carvão como um combustível comprovado com tecnologia de fabricação bem estabelecida e recursos suficientes para substituir a gasolina. Hagen (1976) revisou as perspectivas de sintetizar o metanol a partir de recursos renováveis e seu uso como combustível. Então, em 1986, a Swedish Motor Fuel Technology Co. (SBAD) revisou extensivamente o uso de álcoois e misturas de álcool como combustíveis para motores. Revisou o potencial de produção de metanol a partir de gás natural, óleos muito pesados, xistos betuminosos, carvão, turfa e biomassa. Em 2005, o ganhador do prêmio Nobel em 2006, George A. Olah, e seus colegas defenderam toda uma economia de metanol baseada no armazenamento de energia em metanol produzido sinteticamente. O Methanol Institute, a organização do setor de comércio de metanol, publica relatórios e apresentações sobre o metanol. O diretor Gregory Dolan apresentou a indústria global de combustível de metanol de 2008 na China.
Em 26 de janeiro de 2011, a Direção Geral da Concorrência da União Européia aprovou a concessão da Agência Sueca de Energia de 500 milhões de coroas suecas (aproximadamente € 56M em janeiro de 2011) para a construção de 3 bilhões de coroas suecas (aproximadamente € 335M). Planta de biocombustíveis de desenvolvimento experimental em escala industrial para produção de Biometanol e BioDME no complexo de biorrefinaria Domsjö Fabriker em Örnsköldsvik, Suécia, usando a tecnologia de gaseificação de licor negro da Chemrec.
Usos
Combustível para motores de combustão interna
Tanto o metanol quanto o etanol queimam a temperaturas mais baixas que a gasolina, e ambos são menos voláteis, dificultando a partida do motor em climas frios. O uso do metanol como combustível em motores de ignição por centelha pode oferecer um aumento da eficiência térmica e aumento da produção de energia (em comparação com a gasolina) devido ao seu alto índice de octano (114) e ao alto calor de vaporização. No entanto, seu baixo teor energético de 19,7 MJ / kg e relação estequiométrica de ar / combustível de 6,42: 1 significa que o consumo de combustível (em bases de volume ou massa) será maior do que os combustíveis de hidrocarbonetos. A água extra produzida também torna a carga bastante úmida (semelhante aos motores de combustão de hidrogênio / oxigênio) e com a formação de produtos ácidos durante a combustão, o desgaste de válvulas, sedes de válvula e cilindro pode ser maior do que com a queima de hidrocarbonetos.Certos aditivos podem ser adicionados ao combustível para neutralizar estes ácidos.
O metanol, como o etanol, contém contaminantes solúveis e insolúveis. Esses contaminantes solúveis, íons halogenetos, como os íons cloreto, têm um grande efeito sobre a corrosividade dos combustíveis alcoólicos. Os iões halogenados aumentam a corrosão de duas maneiras; eles atacam quimicamente filmes de óxido passivo em vários metais causando corrosão por pite e aumentam a condutividade do combustível. O aumento da condutividade elétrica promove corrosão elétrica, galvânica e comum no sistema de combustível. Contaminantes solúveis, como o hidróxido de alumínio, ele próprio um produto da corrosão por íons halogenetos, entopem o sistema de combustível ao longo do tempo.
O metanol é (em termos automotivos) higroscópico, o que significa que irá absorver vapor de água diretamente da atmosfera. Como a água absorvida dilui o valor do combustível do metanol (embora ele suprima a detonação do motor) e pode causar a separação de fases das misturas gasolina-metanol, os recipientes de combustíveis metanol devem ser mantidos hermeticamente fechados.
Em comparação com a gasolina, o metanol é mais tolerante à recirculação dos gases de escape (EGR), o que melhora a eficiência do combustível dos motores de combustão interna, utilizando o ciclo Otto e a ignição por centelha.
Um metanol ácido, embora fraco, ataca o revestimento de óxido que normalmente protege o alumínio da corrosão:
6 CH 3 OH + Al 2 O 3 → 2 Al (OCH 3 ) 3 + 3 H 2 O
Os sais de metóxido resultantes são solúveis em metanol, resultando em uma superfície de alumínio limpa, que é prontamente oxidada pelo oxigênio dissolvido. Além disso, o metanol pode atuar como um oxidante:
6 CH 3 OH + 2 Al 2 Al (OCH 3 ) 3 + 3 H 2
Este processo recíproco efetivamente alimenta a corrosão até que o metal seja consumido ou a concentração de CH3OH seja insignificante. A corrosividade do metanol foi tratada com materiais compatíveis com metanol e aditivos de combustível que servem como inibidores de corrosão.
O metanol orgânico, produzido a partir de madeira ou outros materiais orgânicos (bioálcool), tem sido sugerido como uma alternativa renovável aos hidrocarbonetos à base de petróleo. Níveis baixos de metanol podem ser usados em veículos existentes com a adição de co-solventes e inibidores de corrosão.
Corridas
O metanol puro é exigido por regra para ser usado em Champcars, Monster Trucks, carros de sprint da USAC (assim como anões, modificações, etc.), e outras séries de pistas de terra, como World of Outlaws e Motorcycle Speedway, principalmente porque Em caso de acidente, o metanol não produz uma nuvem opaca de fumaça. Desde o final da década de 1940, o metanol também é usado como o principal ingrediente combustível nas usinas de força para controle de rádio, linha de controle e modelo de voo livre (veja abaixo), carros e caminhões; tais motores usam uma vela incandescente de filamento de platina que inflama o vapor de metanol através de uma reação catalítica. Corredores de lama, corredores de lama e puxadores de trator altamente modificados também usam o metanol como principal fonte de combustível. O metanol é necessário com um motor sobrealimentado em um Top Alcohol Dragster e, até o final da temporada de 2006, todos os veículos em Indianápolis 500 tiveram que funcionar com metanol. Como combustível para os pilotos de lama, o metanol misturado à gasolina e ao óxido nitroso produz mais energia do que a gasolina e o óxido nitroso.
A partir de 1965, o metanol puro foi usado amplamente na competição de carros da USAC Indy, que na época incluía o Indianapolis 500.
Um acidente de sete carros na segunda volta das 500 Milhas de Indianápolis em 1964 resultou na decisão da USAC de encorajar e, mais tarde, exigir o uso de metanol. Eddie Sachs e Dave MacDonald morreram no acidente quando seus carros movidos a gasolina explodiram. O fogo acionado pela gasolina criou uma nuvem perigosa de fumaça preta e espessa que bloqueou completamente a visão da pista para os carros que se aproximavam. Johnny Rutherford, um dos outros motoristas envolvidos, dirigiu um carro movido a metanol, que também vazou após o acidente. Enquanto este carro queimou do impacto da primeira bola de fogo, formou um inferno muito menor que os carros a gasolina, e um que queimou invisivelmente. Esse testemunho e a pressão do escritor de Indianapolis Star, George Moore, levaram à mudança para o álcool em 1965.
Metanol foi usado pelo circuito CART durante toda a sua campanha (1979-2007). Ele também é usado por muitas organizações de pista curta, especialmente anões, carros de velocidade e bicicletas de estrada. O metanol puro foi usado pelo IRL de 1996-2006.
Em 2006, em parceria com a indústria do etanol, o IRL utilizou uma mistura de 10% de etanol e 90% de metanol como combustível. A partir de 2007, o IRL mudou para o etanol “puro”, o E100.
O metanol combustível também é usado extensivamente em corridas de arrancada, principalmente na categoria Top Alcohol, enquanto entre 10% e 20% de metanol pode ser usado nas classes Top Fuel, além do Nitrometano.
As corridas de Fórmula Um continuam a usar a gasolina como combustível, mas na corrida de pré-guerra o metanol era freqüentemente usado no combustível.
Metanol também é usado em corridas de Monster Truck.
Segurança em combustíveis automotivos
O metanol puro tem sido usado em corridas de carros de rodas abertas desde meados da década de 1960. Ao contrário dos incêndios de petróleo, os fogos de metanol podem ser extintos com água pura. Um fogo baseado em metanol queima invisivelmente, ao contrário da gasolina, que queima com uma chama visível. Se ocorrer um incêndio na pista, não haverá chamas ou fumaça para obstruir a visão dos condutores que se aproximam rapidamente, mas isso também pode atrasar a detecção visual do fogo e o início da supressão de incêndio. A decisão de mudar permanentemente para o metanol nas corridas da American IndyCar foi o resultado do acidente e explosão devastadores nas 500 milhas de Indianápolis em 1964, que mataram os pilotos Eddie Sachs e Dave MacDonald. Em 2007, a IndyCars trocou o metanol pelo etanol.
Combustível para motores de modelo
Os primeiros modelos de motores para os modelos de voo livre lançados antes do final da Segunda Guerra Mundial usavam uma mistura de 3: 1 de gás branco e óleo de motor de alta viscosidade para os motores de ignição a dois tempos usados para o hobby na época. Em 1948, os novos motores do modelo glow-ignition começaram a dominar o mercado, exigindo o uso de combustível de metanol para reagir em uma reação catalítica com o filamento de platina enrolado em uma vela incandescente para o motor funcionar, geralmente usando óleo de mamona. lubrificante à base de óleo contido na mistura de combustível em uma proporção de cerca de 4: 1. A variedade de ignição do motor modelo, porque já não exigia uma bateria a bordo, bobina de ignição, pontos de ignição e capacitor que um modelo de motor de ignição necessária economizava peso valioso e permitia que o modelo tivesse melhor desempenho de voo. Em seus tradicionalmente populares dois tempos e formas cada vez mais populares de quatro tempos, os motores incandescentes atualmente alimentados com metanol com cilindro único são a escolha usual para aeronaves controladas por rádio para uso recreativo, para tamanhos de motores que podem variar de 0,8 cm3 (0.049 cu.in). .) até 25 a 32 cm3 (1,5-2,0 cu.in) de deslocamento, e deslocamentos significativamente maiores para motores de aeronaves modelo de configuração radial de cilindros opostos e cilindros duplos, muitos dos quais com configuração de quatro tempos. A maioria dos motores modelo movidos a metanol, especialmente aqueles fabricados fora da América do Norte, pode ser facilmente operada com o chamado metanol combustível de especificação FAI. Tais misturas de combustível podem ser requeridas pela FAI para certos eventos na chamada competição internacional “Classe F” da FAI, que proíbem o uso de nitrometano como componente de combustível do motor incandescente. Em contraste, as empresas na América do Norte que fabricam motores modelo abastecidos com metanol, ou que estão localizadas fora desse continente e têm um grande mercado na América do Norte para essas usinas miniaturizadas, tendem a produzir motores que podem e geralmente funcionam melhor com uma certa porcentagem. de nitrometano no combustível, que quando usado pode ser tão pouco quanto 5% a 10% do volume, e pode ser tanto quanto 25 a 30% do volume total de combustível.
Toxicidade
O metanol ocorre naturalmente no corpo humano e em algumas frutas, mas é venenoso em alta concentração. A ingestão de 10 ml pode causar cegueira e 60-100 ml pode ser fatal se a condição não for tratada. Como muitos produtos químicos voláteis, o metanol não precisa ser engolido para ser perigoso, pois o líquido pode ser absorvido pela pele e os vapores pelos pulmões. O metanol é muito mais seguro quando misturado com etanol, mesmo em percentagens relativamente baixas de etanol.
A exposição máxima permitida nos Estados Unidos no ar (40 h / semana) é de 1900 mg / m³ para etanol, 900 mg / m³ para gasolina e 1260 mg / m³ para metanol. No entanto, é muito menos volátil do que a gasolina e, portanto, tem emissões evaporativas mais baixas, produzindo um risco de exposição menor para um derramamento equivalente. Embora o metanol ofereça vias de exposição de toxicidade um pouco diferentes, a toxicidade efetiva não é pior do que a do benzeno ou da gasolina, e o envenenamento por metanol é muito mais fácil de tratar com sucesso. Uma preocupação substancial é que o envenenamento por metanol geralmente deve ser tratado enquanto ainda é assintomático para recuperação completa.
O risco de inalação é mitigado por um odor pungente característico. Em concentrações superiores a 2.000 ppm (0,2%) é geralmente bastante perceptível, no entanto, concentrações mais baixas podem permanecer não detectadas enquanto ainda são potencialmente tóxicas em exposições mais longas e ainda podem apresentar um risco de incêndio / explosão. Novamente, isso é semelhante a gasolina e etanol; existem protocolos de segurança padrão para o metanol e são muito semelhantes aos da gasolina e do etanol.
O uso de combustível metanol reduz as emissões de escape de certas toxinas relacionadas a hidrocarbonetos, como benzeno e 1,3-butadieno, e reduz drasticamente a poluição das águas subterrâneas causadas por derramamentos de combustível. Ao contrário dos combustíveis da família do benzeno, o metanol será biodegradável rápida e não toxicamente, sem danos a longo prazo para o meio ambiente, desde que seja suficientemente diluído.
Comparações
Gás Densidade Energética Relação de mistura de ar
– Combustível Energia especifica Calor de
Vaporização RON SEG
Gasolina e Biogasolina 32 MJ / L 14,6 2,9 MJ / kg de ar 0,36 MJ / kg 91-99 81-89
Butanol 29,2 MJ / L 11,1 3,2 MJ / kg de ar 0,43 MJ / kg 96 78
Etanol 19,6 MJ / L 9,0 3,0 MJ / kg de ar 0,92 MJ / kg 107 89
Metanol 16 MJ / L 6,4 3,1 MJ / kg ar 1,2 MJ / kg 106 92
Biometanol
O metanol é um combustível alternativo para motores de combustão interna e outros, seja em combinação com gasolina ou diretamente (“puro”). É usado em carros de corrida e na China. Nos EUA, o combustível metanol recebeu menos atenção do que o etanol combustível, como uma alternativa aos combustíveis derivados do petróleo; já que nos anos 2000 em particular, com o apoio do etanol à base de milho, oferecia certas vantagens políticas. Em geral, o etanol é menos tóxico e tem uma maior densidade de energia, embora o metanol seja menos caro para produzir de forma sustentável e seja uma forma menos dispendiosa de reduzir a pegada de carbono. No entanto, para otimizar o desempenho do motor, a disponibilidade de combustível, a toxicidade e as vantagens políticas, é provável que uma mistura de etanol, metanol e petróleo seja preferível ao uso de qualquer uma dessas substâncias individuais. O metanol pode ser produzido a partir de recursos fósseis ou renováveis, em particular gás natural e biomassa, respectivamente.
Segurança contra incêndios
O metanol é muito mais difícil de inflamar do que a gasolina e queima aproximadamente 60% mais devagar. Um incêndio de metanol libera energia em cerca de 20% da taxa de um incêndio de gasolina, resultando em uma chama muito mais fria. Isso resulta em um incêndio muito menos perigoso, que é mais fácil de conter com os protocolos apropriados. Ao contrário dos incêndios com gasolina, a água é aceitável e até mesmo preferida como um supressor de fogo para incêndios de metanol, uma vez que isso resfria o fogo e dilui rapidamente o combustível abaixo da concentração onde ele manterá a autoflameabilidade. Esses fatos significam que, como combustível para veículos, o metanol tem grandes vantagens de segurança em relação à gasolina. O etanol compartilha muitas dessas mesmas vantagens.
Como o vapor de metanol é mais pesado que o ar, ele permanecerá próximo ao solo ou em uma cova, a menos que haja boa ventilação, e se a concentração de metanol estiver acima de 6,7% no ar, pode ser acesa por uma faísca e explodir acima de 54 F / 62 C. Uma vez em chamas, um fogo de metanol não diluído libera muito pouca luz visível, tornando potencialmente muito difícil de ver o fogo ou até mesmo estimar seu tamanho sob luz diurna brilhante, embora na grande maioria dos casos, poluentes existentes ou inflamáveis na atmosfera. fogo (como pneus ou asfalto) irá colorir e melhorar a visibilidade do fogo. Etanol, gás natural, hidrogênio e outros combustíveis existentes oferecem desafios semelhantes de segurança contra incêndio, e existem protocolos padrão de segurança e combate a incêndio para todos esses combustíveis.
A mitigação de danos ambientais após acidentes é facilitada pelo fato de que o metanol de baixa concentração é biodegradável, de baixa toxicidade e não persistente no meio ambiente. A limpeza pós-incêndio geralmente requer apenas grandes quantidades adicionais de água para diluir o metanol derramado, seguido por uma aspiração ou recuperação de absorção do fluido. Qualquer metanol que inevitavelmente escapa para o ambiente terá pouco impacto a longo prazo, e com uma diluição suficiente irá rapidamente biodegradar com pouco ou nenhum dano ambiental devido à toxicidade. Um derrame de metanol que combina com um derrame de gasolina existente pode fazer com que o derrame de metanol / gasolina persistir cerca de 30% a 35% mais do que a gasolina teria feito.
Usar
Estados Unidos
O Estado da Califórnia realizou um programa experimental de 1980 a 1990 que permitiu a qualquer pessoa converter um veículo a gasolina [vago] em 85% de metanol, com 15% de aditivos preferidos.Mais de 500 veículos foram convertidos para alta compressão e uso dedicado do metanol e etanol 85/15.
Em 1982, os três grandes receberam US $ 5.000.000 cada por projeto e contratos para 5.000 veículos a serem comprados pelo Estado. Foi um uso precoce de veículos flexíveis de baixa compressão.
Em 2005, o governador da Califórnia, Arnold Schwarzenegger, parou o uso de metanol para se juntar ao uso crescente do etanol impulsionado pelos produtores de milho. Em 2007, o etanol custava de 3 a 4 dólares por galão (0,8 a 1,05 dólares por litro) na bomba, enquanto o metanol produzido a partir de gás natural permanecia em 47 centavos por galão (12,5 centavos por litro) a granel e não na bomba.
Atualmente, não há postos de gasolina em operação na Califórnia fornecendo metanol em suas bombas. O deputado Eliot Engel [D-NY17] introduziu no Congresso a lei “Um Padrão Aberto de Combustível”: “Exigir que os fabricantes de automóveis garantam que pelo menos 80% dos automóveis fabricados ou vendidos nos Estados Unidos por cada fabricante operem em misturas de combustíveis contendo 85 por cento de etanol, 85 por cento de metanol ou biodiesel “.
União Européia
A diretiva alterada relativa à qualidade dos combustíveis, adotada em 2009, permite uma mistura de metanol na gasolina de até 3% v / v.
Brasil
Um impulso para adicionar uma porcentagem apreciável de metanol à gasolina ficou muito próximo da implementação no Brasil, após um teste piloto realizado por um grupo de cientistas envolvendo a mistura de gasolina com metanol entre 1989 e 1992. O experimento piloto de maior escala que seria realizado em São Paulo foi vetado no último minuto pelo prefeito da cidade, por preocupação com a saúde dos trabalhadores de postos de gasolina, que não deveriam seguir as precauções de segurança. A partir de 2006, a ideia não ressurgiu.
Índia
Niti Aayog, A comissão de planejamento da Índia em 3 de agosto de 2018 anunciou que, se viável, os veículos de passageiros serão movidos a 15% de combustível misturado com metanol.Atualmente, os veículos na Índia usam até 10% de combustível misturado com etanol. Se aprovado pelo governo, reduzirá os custos mensais de combustível em 10%. Na Índia, o etanol custa Rs 42 por litro, enquanto o preço do metanol é estimado em menos de 20 rúpias por litro.