5. In der Natur sein
6. Gesundheitswesen
7.
Bei der Verwendung von Methanol als Kraftstoff ist zu beachten, dass der Volumen- und Massenenergiegehalt von Methanol um 40-50% geringer ist als der von Benzin, jedoch die Wärmeabgabe von Luft-Alkohol- und Benzin-Luft-Kraftstoffgemischen bei deren Verbrennung in der Motor unterscheidet sich geringfügig aufgrund der Tatsache, dass der hohe Wert der Verdampfungswärme von Methanol die Füllung der Motorzylinder verbessert und seine Wärmedichte verringert, was zu einer Erhöhung der Vollständigkeit der Verbrennung des Alkohol-Luft-Gemisches führt. Als Ergebnis erhöht sich die Steigerung der Motorleistung um 10-15%. Rennwagenmotoren, die mit Methanol mit einer höheren Oktanzahl als Benzin betrieben werden, haben Verdichtungsverhältnisse von mehr als 15: 1, während konventionelle Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung typischerweise ein Verdichtungsverhältnis von 11,5: 1 für bleifreies Benzin haben. Methanol kann sowohl in klassischen Verbrennungsmotoren als auch in speziellen Brennstoffzellen zur Stromerzeugung eingesetzt werden.
Nachteile:
- Methanolätzt Aluminium. Problematisch ist die Verwendung von Aluminiumvergasern und Einspritzsystemen zur Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors.
- Hydrophilie. Methanol saugt Wasser an, was zu einer Verstopfung der Kraftstoffversorgungssysteme in Form von geleeartigen giftigen Ablagerungen führt.
- Methanol Wie Ethanol erhöht es die Dampfdurchlässigkeit einiger Kunststoffe. Diese Eigenschaft von Methanol erhöht das Risiko erhöhter VOC-Emissionen, die zu einer Abnahme der Ozonkonzentration und einer Zunahme der Sonneneinstrahlung führen können.
- reduzierte Flüchtigkeit bei kaltem Wetter: Methanolmotoren können Probleme beim Starten haben und mehr Kraftstoff verbrauchen, bevor sie die Betriebstemperatur erreichen.
Der geringe Anteil an Methanolverunreinigungen kann in bestehenden Fahrzeugkraftstoffen unter Verwendung geeigneter Korrosionsinhibitoren verwendet werden. T. n. Die europäische Kraftstoffqualitätsrichtlinie erlaubt die Verwendung von bis zu 3% Methanol mit einer gleichen Menge an Additiven in Benzin, das in Europa verkauft wird. China verwendet heute mehr als 1000 Millionen Gallonen Methanol pro Jahr als Fahrzeugkraftstoff in Low-Level-Mischungen, die in bestehenden Fahrzeugen verwendet werden, sowie High-Level-Mischungen in Fahrzeugen, die Methanol als Kraftstoff verwenden. Neben der Verwendung von Methanol als Alternative zu Benzin gibt es eine Technologie, auf deren Basis aus Methanol eine Kohlesuspension hergestellt wird, die in den USA den Handelsnamen „metacol“ trägt. Dieser Brennstoff wird als Alternative zu Heizöl angeboten, das häufig zur Beheizung von Gebäuden verwendet wird. Eine solche Suspension erfordert im Gegensatz zu Wasser-Kohlenstoff-Brennstoff keine speziellen Kessel und hat einen höheren Energieverbrauch. Aus ökologischer Sicht weisen solche Kraftstoffe eine geringere CO2-Bilanz auf als herkömmliche synthetische Kraftstoffe, die aus Kohle gewonnen werden, wobei Verfahren verwendet werden, bei denen ein Teil der Kohle bei der Herstellung von flüssigen Kraftstoffen verbrannt wird.
Die Synthese von Methanol aus Erdgas ist eines der effizientesten und umweltschonendsten bestehenden technologischen Verfahren. Moderne Anlagen zur Umwandlung von Erdgas in Methanol können mit thermischen Wirkungsgraden von über 71 % arbeiten und sind nahezu autark. Sie sind so sauber, dass ein Lieferant des Verfahrens behauptet, dass die meisten Luftemissionen von den Benzin- und Dieseltransportern und Lieferwagen, die das Werk bedienen, und nicht vom Werk selbst erzeugt werden.
Darüber hinaus können richtig konfigurierte Methanolanlagen durch den Verbrauch von Kohlendioxid aus anderen Quellen echte Vorteile bieten, was ihre Akzeptanz für Umweltschützer angemessen erhöhen sollte.
Methanol ist nach Ethan / Ethylen das zweitwichtigste chemische Zwischenprodukt. Seine Bedeutung hat in den letzten Jahren aufgrund von Änderungen der Raffineriekonfiguration zugenommen, da Rohöl auf der ganzen Welt allmählich, aber unweigerlich schwerer wird. Methanol ist als chemischer Rohstoff sehr wichtig, erfolgversprechender ist seine Verwendung als Kraftstoff.
In diesem Artikel werden wir zwei Mythen über Methanol als Kraftstoff für Fahrzeuge zerstreuen: 1) dass Methanol giftiger ist als andere Kraftstoffe und 2) dass die niedrigere spezifische Energie von Methanol ein ernstes Problem darstellt.
Gesundheit, Sicherheit und Umwelt – die Vorteile von Methanol
Einige Experten haben Methanol als Nervengift identifiziert, obwohl auch Ethanol ein bekanntes Nervengift ist, ebenso wie einige der Substanzen, die häufig in Benzin vorkommen. Viele werden überrascht sein zu erfahren, dass sowohl Ethanol als auch Benzin in niedrigeren Dosen normalerweise tödlich sind als Methanol. Darüber hinaus übertrifft Methanol tendenziell alle anderen Aspekte von Gesundheit, Sicherheit und Umweltschutz. Im Grundwasser hat es eine Halbwertszeit von 1-7 Tagen, die 10-100-mal kürzer ist als die einiger in Benzin enthaltenen Substanzen.
Für die Rennstrecke wurde vor allem aus Sicherheitsgründen Methanolkraftstoff verwendet; ihre überlegene Leistung war nur ein zusätzlicher Bonus. Methanol brennt fünfmal langsamer als Benzin und ist viel leichter zu löschen. Die EPA schätzt, dass die Verwendung von Methanol zu einer 95-prozentigen Verringerung der Zahl der Todesfälle durch Fahrzeugbrände führen wird.
Methanolfahrzeuge mit niedrigerer Temperatur emittieren etwas weniger Kohlendioxid, deutlich weniger Kohlenwasserstoffe und weit weniger NOx als ihre Benzin-Pendants. Dies ist besonders attraktiv, da NOx das strengste Kriterium zur Reduzierung der Umweltverschmutzung ist. Methanolkraftstoff könnte die sperrigen, harnstoffverbrauchenden Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion ersetzen, die derzeit in den meisten Dieselmotoren zu finden sind.
Spezifische Energie
Eine andere verbreitete Fiktion ist, dass Methanol aufgrund der niedrigeren spezifischen Energie einen niedrigeren Status unter den potenziellen Kraftstoffen hat. Bei richtiger Systemoptimierung können einige Kraftstoffe, insbesondere Methanol, mit viel höherer Effizienz in mechanische Energie umgewandelt werden als andere.
Auch Fahrzeuge, die als Benzin- oder Multi-Fuel-Fahrzeuge ausgelegt sind, müssen die hohe Oktanzahl von Methanol teilweise nutzen und Fahrleistungen mehr erzielen, als es allein die Energieintensität vermuten lässt. Ein Bürger stellte sein Auto auf 100 Prozent Methanol um, indem er die Motormanagement-Software optimierte und durch eine 41-Cent-Kraftstoffdichtung ersetzte. Die Leistung dieses Autos stieg um 10 % und der Kraftstoffverbrauch in Dollar pro Meile stieg im Vergleich zu Benzin um 40 %. Ausgestattete Fahrzeuge (d. h. keine Multi-Fuel- oder umgebauten konventionellen Kraftstoffe) sollten viel besser abschneiden.
Einige Trucker rüsten ihre Fahrzeuge mit Methanol/Wasser-Einspritzsystemen in ansonsten unveränderten Dieselmotoren nach und erzielen damit erhebliche Einsparungen von 20 bis 30 % gegenüber Diesel! Das ist eine beträchtliche Menge für Autos, die ungefähr 20.000 Gallonen Kraftstoff pro Jahr verbrauchen. Die gemessene Leistung wird um bis zu 75 % und das Drehmoment um 65 % gesteigert: wirklich überwältigende Zahlen.
Spezialisierte Fahrzeuge auf Methanolbasis können 25-30% effizienter als herkömmliche Benzinmotoren und mit etwa der gleichen Effizienz wie Dieselmotoren betrieben werden. Die aktuellen Methanolpreise entsprechen unter Berücksichtigung der Parität der Energieniveaus 2,60 USD / Gallone Großhandelsbenzin. Wenn Methanol jedoch 25 % effizienter ist als Benzin, beträgt der entsprechende Großhandelspreis für Methanol in Benzinäquivalent 2,09 USD. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Artikels beträgt der Großhandelspreis für Benzin 3,10 USD. Aber wie schneidet Methanol im Vergleich zu konkurrierenden Kraftstoffen ab?
Methanol versus verflüssigtes Erdgas (LNG)
CNG kann ohne Zweifel Fahrzeuge antreiben. Allerdings bei Consumer-Pkw um den Preis von mehr Gewicht, geringerer Reichweite, längeren Betankungszeiten sowie geringeren Nutzlasten, deutlich höheren Fahrzeugkosten und einem erheblichen Nacharbeits- und Investitionsbedarf für die Betankungsinfrastruktur. Die Umstellung von Autos auf LNG ist fast 30-40 Mal teurer als Methanol. Der einzige kommerziell erhältliche CNG-betriebene Pkw, der Honda Civic GX, kostet 7.500 US-Dollar mehr als ein ähnlich angetriebener Civic-Benzinmotor. LNG-Tankstellen kosten etwa das Doppelte von Flüssigtankstellen.
Methanol versus Ethanol
Ethanol ist in seiner Transportleistung für Verbraucher mit Methanol vergleichbar, aber es gibt kein bewährtes Verfahren zur Umwandlung von Gas in Ethanol, das in seiner Effizienz mit der Umwandlung von Gas in Methanol vergleichbar ist. Sowohl die öffentliche Begeisterung als auch die staatlichen Subventionen für Ethanol auf Maisbasis schwinden.
Celanese hat eine Technologie angekündigt, die eine Gas-zu-Ethanol-Effizienz verspricht, die mit bestehenden Gas-zu-Methanol-Technologien vergleichbar ist. Aber es bleibt als proprietäre Technologie im kommerziellen Maßstab ungetestet. Inzwischen ist die hocheffiziente Gas-to-Methanol-Technologie von mehreren Anbietern erhältlich und seit vielen Jahren kommerziell validiert.
Methanol versus konventionelle Kraftstoffe
Es bleibt die Frage, ob Methanol mit herkömmlichen Benzin- und Dieselkraftstoffen konkurrieren kann. Im aktuellen Umfeld lautet die Antwort ein bedingungsloses Ja. Das moderne Interesse an Methanol begann 1976 als Ersatz für Blei als Oktanzahlverstärker. Ein Ergebnis ist das kalifornische M85-Methanol-Fahrzeugprogramm (85% Methanol, 15% Additiv, normalerweise Benzin), das von 1982 bis 2005 lief. Dabei handelte es sich zunächst um Spezialfahrzeuge auf Basis von Methanol (kein Multi-Fuel), die die gesamte Bandbreite vom Pkw über Transporter bis hin zu Bussen abdeckten.
Sowohl für die Methanolfahrzeuge als auch für die Kontrollgruppe für Benzinfahrzeuge wurden sorgfältige Wartung und Aufzeichnung durchgeführt. Die Methanol-Laufleistung war geringer, aber die Emissionsleistung der Methanol-Fahrzeuge war gleich oder besser.
Die Methanolemissionen erwiesen sich hinsichtlich der Ozonbildung als ungünstiger. Die Beschleunigung von Methanolfahrzeugen von 0 auf 100 km/h war fast eine Sekunde schneller als die von Benzinfahrzeugen, was eine deutliche Verbesserung darstellte.
Das Programm wurde 2005 eingestellt. Einige führen das Ende des kalifornischen Programms als Beweis dafür an, dass Methanol kein Fahrzeugkraftstoff ist, aber tatsächlich waren die Fahrzeugbesitzer mit der Leistung ihrer Fahrzeuge zufrieden. Ihr Haupteinwand war das Fehlen von Tankstellen – landesweit wurden nur 100 installiert, sodass das Programm 1992 auf Fahrzeuge mit M85-Kraftstoff umgestellt wurde. Es war zweifellos schwierig, das Programm zu einer Zeit aufrechtzuerhalten, in der die Ölpreise rückläufig oder niedrig waren. Vielleicht war der Mangel an Methanol in freier Wildbahn im Gegensatz zu Ethanol auf Maisbasis der wichtigste Faktor. 1989 benachteiligte die EPA Methanol, indem sie die Emissionsanforderungen für Ethanol, aber nicht für Methanol, senkte. Es gibt keine Rechtfertigung für diese Aktion.
Technisch können bis zu 15 % Methanol ohne Modifikationen in Benzin verwendet werden und bis zu 100 % zu geschätzten Kosten von nur 210 US-Dollar für neue Multi-Fuel-Fahrzeuge (obwohl dies, wie bereits erwähnt, zu viel geringeren Kosten möglich ist) ). Diese geringen Kosten dürften bei der Massenproduktion von Methanolfahrzeugen vernachlässigbar sein. Da es sich bei Methanol wie bei den derzeit verwendeten Kraftstoffen um eine Flüssigkeit handelt, kann die vorhandene Betankungsinfrastruktur mit geringfügigen Modifikationen auf Methanol umgestellt werden. Neue Methanoltankstellen dürften nur einen Bruchteil teurer sein als herkömmliche.
Während sich dieser Artikel auf Pkw konzentriert, bei denen sich Methanol klar gegenüber Alternativen durchsetzt und zumindest mit herkömmlichen Kraftstoffen konkurrieren kann, verweisen wir auf Vorschläge, schwere Dieselmotoren durch fremdgezündete Methanol-Verbrennungsmotoren zu ersetzen. Die außergewöhnlich hohe Oktanzahl von Methanol könnte Motoren haben, die der Hälfte des Hubraums heutiger Diesel-Giganten entsprechen, was zu Gewichtseinsparungen und einer verbesserten Effizienz auf der Straße von 4 bis 9 % führt.
USA und China
Die Vereinigten Staaten erhöhen derzeit die Methanolproduktion. Seit dem Anstieg der Erdgaspreise in den 2000er Jahren importiert die einst weltklasse US-amerikanische Methanolindustrie heute etwa 80 % der Inlandsnachfrage. Aber jetzt werden die USA mit den niedrigsten Erdgaspreisen außerhalb des Nahen Ostens wieder zum Hauptproduzenten von Methanol. Zwei Anlagen wurden wieder in Betrieb genommen, eine wurde aus Chile verlegt und ein großer Methanolverbraucher kündigte den Bau einer neuen Anlage an.
Bis 2015 werden die USA nahe daran sein, ihren eigenen Bedarf zu decken. Weitere Ankündigungen zu neuen Anlagen dürften in den kommenden Monaten erfolgen, was dazu führen könnte, dass die USA wieder Methanol für den Export produzieren.
Während die USA mit Ethanol auf Maisbasis zu kämpfen haben, schreitet China bei der Herstellung von Methanol-Kraftstoff mit hohem Tempo voran. Methanolmischungen sind von M5 bis M100 erhältlich, wobei M15 am beliebtesten ist. 2007 gab es 770 Methanoltankstellen; die aktuellen Zahlen dürften um ein Vielfaches höher sein. Das Wachstum wird von kleinen und regionalen Unternehmen getrieben - PetroChina und Sinopec zeigen aufgrund ihrer überschüssigen Raffineriekapazitäten wenig Interesse. Die tatsächlichen Mengen dürften jedoch die offizielle Nachfrage nach Methanol-Kraftstoffen bei weitem übersteigen, da die Wirtschaftlichkeit von Methanol-Kraftstoffmischungen sehr attraktiv ist. Es ist allgemein bekannt, dass der freie Markt in China lebendig und gesund ist. Es ist eine Schande, dass Methanol in den Vereinigten Staaten durch Abhängigkeit und Barrieren gegenüber Ethanol in die Enge getrieben wird. Trotz der eher lauen Haltung und vielleicht sogar des Widerstands lokaler Großunternehmen wurden in China, dem am schnellsten wachsenden Markt für Kraftstoffe der Welt, die Standards M15 und M85 umgesetzt.
Andere Vorteile. Zukunft
Welches Potenzial hat Methanol, das aus Erdgas gewonnen wird, den amerikanischen Importen flüssiger Kohlenwasserstoffe einen erheblichen Schlag zu versetzen? Indem Sie 17 % des derzeit produzierten Erdgases für die Methanolproduktion spenden, können Sie 10 % der amerikanischen Flüssigkeitsimporte loswerden. Dies würde den Bau von 43 Methanolanlagen im Wert von etwa 53 Mrd. Methanol und Erdgas müssen keine Subventionen beantragen und Anlagen können sich in 3 bis 5 Jahren amortisieren und gleichzeitig über ihre geschätzte 30-jährige Lebensdauer weiterhin hervorragende Gewinne erzielen. Und das noch ohne Berücksichtigung aller mit der Ölförderung im Nahen Osten verbundenen Kosten.
Aus Erdgas hergestellte Methanolkraftstoffe sind unsere Gegenwart, und vielleicht gibt es in Zukunft noch andere Optionen. Methanol wird hauptsächlich aus Erdgas hergestellt, kann aber auch aus Biomasse hergestellt werden – deutlich effizienter als Ethanol. Die Kohlendioxid-Äquivalentemissionen für die Methanolproduktion aus Biomasse werden auf ein Zehntel des Maisethanols geschätzt. Brennstoffzellenfahrzeuge gelten in letzter Zeit als Retter des Kraftstoffmarktes.
Es ist allgemein anerkannt, dass die größte Herausforderung für Brennstoffzellenfahrzeuge der sehr komplexe und schwierige Übergang zu einer Waist. Aber Methanol ist eine hervorragende Energiequelle für Brennstoffzellen, und die Infrastruktur für deren Betankung ist viel einfacher zu organisieren. Die Zukunft der Brennstoffzellen ist vielleicht noch nicht so weit, aber die Methanolproduktion aus Erdgas existiert bereits heute.
Sprit fürs Auto - mach es selbst
Einer der vielversprechendsten Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge ist derzeit Methylalkohol.
Methylalkohol (Methanol) ist eine farblose brennbare Flüssigkeit mit einem schwachen alkoholischen Geruch, Gefrierpunkt -98 ° C, Siedepunkt + 65 ° C. Gut mischbar mit Wasser. Wie alle Alkohole besitzt es eine hohe Detonationsfestigkeit, die Oktanzahl von Methanol beträgt 114,4 Einheiten. Zum Vergleich: Die Oktanzahl von Ethanol (Wein, Ethylalkohol) beträgt 111,4 Einheiten.
Von allen Antiklopfkomponenten von Benzin ist Methanol das wirksamste Additiv zur Reduzierung der CO-, CH- und NOx-Emissionen. Methanol kann auch als eigenständiger Autokraftstoff verwendet werden, in diesem Fall hat Methanol gewisse Vorteile.
Methanol ist ein "sauberer" Verbrennungskraftstoff, er hat bessere Kraftstoffeigenschaften als Benzin, wodurch bei seiner Verwendung die Effizienz von Verbrennungsmotoren steigt. Moderne Ottomotoren können gut mit Methanol betrieben werden, während die technischen Eigenschaften von der Motor wird verbessert.
Dies sind in erster Linie: hohe Klopffestigkeit, absolutes Fehlen von Schwefelkorrosion des Motors und Emissionen von Schwefel und Ruß im Abgas, minimale Kohlenstoffbildung im Motor, 50% weniger Giftigkeit der Verbrennungsprodukte, Effizienzsteigerung durch Innenkühlung und erhöhtes Verdichtungsverhältnis; hoher Zylinderfüllungsgrad ein brennbares Gemisch (im Vergleich zu Benzin erreicht die Leistungssteigerung bei der Arbeit mit Methanol 10%) usw. Diese Vorteile von Methanol haben dazu geführt, dass es seit langem als Kraftstoff in Rennwagen und Flugzeugmodellen, Sportmotorrädern eingesetzt wird, wo kompakte und dennoch leistungsstarke Motoren gefragt sind. Viele Forschungsinstitute halten ihn für den Treibstoff der Zukunft.
Methanol hat jedoch auch Nachteile. Wasserfreies Methanol mischt sich in jedem Verhältnis gut mit Benzin, aber wenn Feuchtigkeit in den Kraftstofftank eindringt, schichtet sich der Kraftstoff und im Tank werden zwei nicht mischbare Flüssigkeiten erhalten; um diesen Grund zu beseitigen, ist es ratsam, den Tank durch einen Filtertrockner zu ergänzen oder zu installieren ein separater Tank mit einer Kraftstoffleitung.
Ein weiterer Nachteil von Methanol ist seine geringere Flüchtigkeit als Benzin, was das Starten des Motors bei Kälte erschwert. Um den Kaltstart zu verbessern, ist es notwendig, das Startvolumen des kalten Kraftstoffs (meistens elektrisch) zu erwärmen oder den Motor mit Benzin zu starten. Die Verbrennung von Methanol erfordert halb so viel Luft wie für Benzin, daher muss bei der Arbeit mit reinem Methanol der Vergaser eines Ottomotors nachgestellt werden.
Eine negative Eigenschaft von Methanol ist seine Giftigkeit, obwohl viele Chemiker, Flugzeugmodellierer und Rennfahrer, die jahrzehntelang (natürlich unter Einhaltung der Sicherheits- und Hygienevorschriften) ohne Folgen für die eigene Gesundheit damit umgegangen sind, es nicht als besonders giftige Substanz und vermuten, dass ihre Gefahr durch die Tendenz des russischen Volkes, alles zu konsumieren, was nach Alkohol riecht und mit blauer Flamme brennt, absichtlich überhöht wird. Viele in Automobilen eingesetzte Stoffe sind Methanol in puncto Gefährlichkeit überlegen. In Bezug auf die Toxizität ist Methanol der Flüssigkeit, die im Kühlsystem (tödliche Dosis von Ethylenglykol beträgt etwa 100 ml) und Batterieelektrolyt verwendet wird, unterlegen. Gefährlicher als Methanol ist Tetraethylblei, das in großen Mengen durch Benzinabgase emittiert wird, dessen maximal zulässige Konzentration (MPC) in der Luft 0,005 mg / m3 beträgt, während die MPC für Methanol 5 mg / m3 beträgt. In einem schlecht belüfteten Raum bei laufendem Auto kann eine Person an einer Vergiftung durch Motorabgase sterben, die tödliches Kohlenmonoxid (CO, Kohlenmonoxid, Blutgift) und Stickoxide enthalten.
Bei der Arbeit mit Methanol verbieten die Hygienevorschriften: Polieren von Methanol; Herstellung von Produkten (Mastika, Nitrolacke, Klebstoffe usw.), die im täglichen Leben verwendet und in das Vertriebsnetz abgegeben werden, einschließlich Methanol; die Verwendung von Methanol zum Zünden von Heizgeräten; die Verwendung von Methanol als Lösungsmittel. Die Verwendung von Methanol als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren ist nicht durch Hygienevorschriften verboten.
Beim Umgang mit Methanol ist jedoch Vorsicht geboten. Nach der Gefahrenklasse der chemischen Stoffe wird Methanol als mäßig gefährlich eingestuft. Ohne rechtzeitige medizinische Versorgung beträgt die tödliche Dosis von 100 % Methanol bei oraler Einnahme 100-150 ml. Bei geringerer Dosierung von Methanol ist eine Erblindung durch Schädigung des Sehnervs möglich.
In deutlich geringerem Maße sind diese Nachteile bei Benzin-Methanol-Gemischen vorhanden.
In den Vereinigten Staaten wird jetzt der Kraftstoff M-85 verwendet, der 85 % Methanol und 15 % Benzin und in kleineren Mengen reines Methanol enthält.
Inzwischen gibt es staatliche Methanolprogramme in Japan, China, Europa, den Vereinigten Staaten und einigen anderen Ländern.
In Russland wird das Fehlen eines staatlichen Programms zur flächendeckenden Verwendung von Methanol als Kraftstoff dadurch erschwert, dass zusätzliche Methanolanlagen gebaut werden müssen, um den Parkplatz des Landes auf Methanol umzustellen Betrieb von Ölraffinerien und verfügt über bedeutende Ölreserven.
Gleichzeitig ist die Herstellung von Methanol auch unter handwerklichen Bedingungen möglich, durch die Art der Herstellung von hausgemachtem Ethylalkohol (Mondschein).
Methanol kann aus Kohlendioxid oder anderen organischen Stoffen hergestellt werden: Kohle, Holz, landwirtschaftliche Abfälle usw. Die einfachste Methode ist jedoch die Gewinnung von Methanol aus Erdgas (Netz-)Gas. Gleichzeitige Zufuhr von Kohlendioxid (oder Kohlendioxid, dessen Formel CO2 ist. Verwechseln Sie CO2 nicht mit CO, Kohlenmonoxid. CO ist ein giftiges Gas, und CO2 ist ungiftig, Kohlendioxid ist zum Trinken kohlensäurehaltig Getränke) und Erdgas reduziert den Erdgasverbrauch und erhöht die Methanolausbeute ... Es ist möglich, eine kombinierte Methanol-Kohlendioxid-Anlage zu verwenden, in diesem Fall ergänzen sich diese beiden Produktionen. Die Methanolanlage wird mit Kohlendioxid aus der CO2-Produktion versorgt, und zur Verbrennung aus der Methanolanlage abgeführtes minderwertiges Abgas wird der Kohlendioxidanlage zur Gewinnung von Kohlendioxid zugeführt.
Die wichtigsten Wirkstoffe bei der Umwandlung von Erdgas zu Methanol sind Katalysatoren.
Vereinfacht gesagt besteht die Technologie zur Herstellung von Methanol darin, Erdgas von Katalysatorgiften zu reinigen, dann das gereinigte Erdgas durch katalytische Reaktionen sequentiell in Zwischenprodukte und dann in die gewünschte Art von Endprodukt umzuwandeln.
Neben der Herstellung von Mondschein benötigen Sie Wasser zum Kühlen der Spule und ein Stromnetz für den Betrieb eines kleinen Kompressors.
Jegliche Gasaustritte, Gerüche und Dämpfe bei der Herstellung von Methanol sind absolut ausgeschlossen und da der Prozess mit der Herstellung einer brennbaren, giftigen Flüssigkeit verbunden ist, müssen die Arbeiten in einem belüfteten Nichtwohnbereich unter Einhaltung aller Brandschutzbestimmungen durchgeführt werden und Hygienevorschriften.
Die Produktivität der Apparatur (Liter/Stunde) hängt von der Masse der zur Verarbeitung zugeführten Rohstoffe und der Menge der am Prozess beteiligten Katalysatoren ab. Die Methanolausbeute beträgt 0,6-0,7 Liter aus 1 m3 Erdgas. Bei erhöhten Anforderungen an die Reinheit von Methanol kann dessen Reinigung von Feuchtigkeit und Verunreinigungen durch Durchleiten des Produkts durch einen zusätzlichen Filter erfolgen.
Die Abmessungen der Anlage hängen von ihrer Produktivität ab. Wenn Sie Methanol in einer Menge von 1-2 Kanistern pro Tag erhalten, kann die Anlage auf den Tisch gestellt werden.
Die Installation erfordert keine knappen Teile, Materialien und keine besonderen Kenntnisse, sie kann in jeder Garage durchgeführt werden.
Die Nutzung des eigenen Methanols als Kraftstoff ist eine kostengünstige Möglichkeit, Verbrennungsmotoren zu betanken.
Um den Verbrennungsprozess des Kraftstoffs so weit wie möglich zu optimieren, ist es möglich, zusätzliche Vorrichtungen in das Verbrennungsmotor-Kraftstoffsystem einzubauen (Vorrichtungen zum Mischen und Homogenisieren des Kraftstoffgemisches, Gaserzeugung von Methanol usw.), was jedoch nicht jedermanns Sache ist .
In Fällen, in denen die Toxizität von Methanol von Bedeutung ist, kann auch Ethanol (Ethylalkohol), das ebenfalls aus Erdgas gewonnen wird, als Kraftstoff für Fahrzeuge verwendet werden. Ethanol behält die Vorteile von Methanol für den Motor, aber die Kosten für die Herstellung von Ethanol und die Ausrüstung für seine Herstellung sind doppelt so hoch wie bei der Methanolherstellung.
Synthetisches Benzin kann aus organischen Stoffen gewonnen werden. Auch aus Erdgas kann durch katalytische Reaktionen Benzin gewonnen werden. Die Oktanzahl des resultierenden Benzins beträgt bis zu 95 Einheiten. Bei der Verwendung von synthetischem Benzin müssen keine Änderungen am Kraftstoffsystem eines Autos vorgenommen werden, die Qualität des Motorbetriebs verschlechtert sich nicht und der Motorverschleiß nimmt nicht zu, aber der Prozess der Benzingewinnung und die Installation selbst zur Herstellung von Benzin ist aufwendiger und teurer als die Gewinnung von Methanol. Die Benzinleistung beträgt 0,3 Liter aus 1 m3 Erdgas.
Die Wahl der verwendeten Kraftstoffsorte obliegt allein dem Fahrzeughalter.
Anlagen und Katalysatoren zur Brennstoffgewinnung können nicht nur aus Erdgas, sondern auch aus Holz- und Pflanzenabfällen, Tiermist und Vogelkot hergestellt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur handwerklichen Herstellung von Treibstoff ist die Herstellung von Methan. Im Gegensatz zu vielen brennbaren Gasen verflüssigt sich Methan auch bei hohen Drücken nicht und befindet sich in Flaschen oder in einem Gasnetz in gasförmigem Zustand.
Fast 100 % Methan (mit einem geringen Anteil an untergereinigten Verunreinigungen) ist Erdgas, das in Wohnungsküchen verwendet wird. Als Kraftstoff für Autos ist Methan (nicht zu verwechseln mit den Flüssiggasen Propan und Butan, die auch als Autokraftstoff weit verbreitet sind) sowohl in Russland als auch im Ausland seit langem weit verbreitet.
Methan ist ein kalorienreicher Kraftstoff. Beim Heizwert übertrifft 1 kg Methan 1 kg Benzin um das 1,2-fache, Flüssiggas um das 1,6-fache. Und dem Volumen nach ist der Heizwert von 1 m3 gasförmigem Methan 1,29-mal höher als 1 Liter Benzin und fast 1,8-mal höher als 1 Liter Flüssiggas. Das Methan hat eine Oktanzahl von 110 und ist damit für den Einsatz in Motoren mit hohem Verdichtungsverhältnis geeignet. Methan ist ungiftig und geruchlos (zur Geruchserkennung wird speziell ein stark riechendes Gas, Ethylmercaptan, das einen starken unangenehmen Geruch hat, hinzugefügt). Im Gegensatz zu Flüssiggas (Propan-Butan) sammelt es sich nicht im Fahrgastraum oder Kofferraum eines Autos, da es 1,8-mal leichter als Luft ist. Die Abgase eines Methanmotors sind umweltfreundlich, enthalten nur Wasserdampf und ungiftiges CO2. Vor der Überholung übersteigt die Laufleistung des Methanmotors die Laufleistung des Benzinmotors. Mit einer kleinen Änderung am Verbrennungsmotor kann auch ein Dieselmotor mit Methan betrieben werden. Das Betanken eines Autos mit Methan ist viel billiger als das Betanken mit Benzin. Viele Autos sind bereits mit Flüssiggas-Ausrüstung (LPG) für den Betrieb mit Flüssiggas ausgestattet, die Hinzufügung einer Hochdruckflasche mit einem Reduzierstück zu Flüssiggas ermöglicht es, dieses Fahrzeug für den Betrieb mit Methan zu verwenden.
Die Unannehmlichkeiten beim Betanken eines Autos mit Methan liegen vor allem darin, dass es in Russland noch nicht viele Methantankstellen gibt und diese sich hauptsächlich in Großstädten befinden. Im Ausland und in den GUS-Staaten ist es bereits erlaubt, Autos aus dem Heimatnetz von Erdgas zu betanken, in Russland haben Gasdienste dies jedoch noch nicht genehmigt.
Für Bewohner kleiner Städte und Dörfer mit privaten Hinterhöfen besteht der Ausweg darin, kleine Biogasanlagen zu Hause zu verwenden. In Biogasanlagen kann Biogas aus allen Haushaltsabfällen erzeugt werden: Mist, Geflügelkot, Tops, Blätter, Stroh, Pflanzenstängel und andere organische Abfälle eines einzelnen Betriebes. Biogas ist der chemischen Zusammensetzung nach ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Methan (bis zu 75 %) und Kohlendioxid besteht. Eine einfache Biogasanlage ist leicht selbst zu bauen, deren Beschreibungen sind zahlreich im Internet. Biogas ist ein brennbares Gas und kann als Brennstoff verwendet werden. Zur Steigerung des Heizwertes empfiehlt es sich, die Biogasanlage durch eine Kohlendioxidanlage zu ergänzen, die es ermöglicht, das Biogas in gereinigtes Methan und CO2 aufzuspalten und die entstehenden Gase bestimmungsgemäß zu nutzen.
Derselbe Hochdruckkompressor kann zum Befüllen der Flaschen mit Methan oder CO2 verwendet werden. Bei der Verwendung eines Kompressors zum Betanken eines Autos mit Methan ist es wirtschaftlich rentabler, einen Kompressor mit geringer Leistung zu kaufen, da er viel niedrigere Kosten verursacht und weniger Anforderungen an das Hausstromnetz stellt. Ein für den Dauerbetrieb eingeschalteter Kompressor mit einer Leistung von 1-2 m3/h (entspricht dem Verbrauch von Erdgas in einem Heizkessel in einem Privathaus) sorgt dafür, dass eine in einem Auto verbaute Flasche mit Methan gefüllt wird. Um das Betanken des Autos mit Gas zu beschleunigen, empfiehlt es sich, den Kompressor an eine Batterie bestehend aus mehreren Sauerstoff-, Kohlendioxid- oder Methanflaschen anzuschließen, aus denen die Flasche im Auto befüllt wird.
Der Stromverbrauch zum Befüllen der Flasche mit komprimiertem Methan hängt vom Endgasdruck in der Flasche ab. Bei einem Fülldruck von 200 atm. Der Stromverbrauch beträgt ca. 0,5 kWh pro 1 m3 eingespeistem Gas.
Der Betriebskompressor muss sich in einem belüfteten Raum befinden, die Zylinderbank muss sich unter einer Überdachung befinden.
Aus Sicherheitsgründen müssen Zylinder sowohl beim Tanken als auch im Auto regelmäßig mit erhöhtem Druck getestet werden. Zu diesem Zweck wird eine hydraulische Prüfung von Zylindern mit Wasser verwendet, wobei der Druck von einem Gerät, das aus einem Zylinder mit einem Kolben besteht, zugeführt wird. Die hydraulische Prüfung für Stahlgusszylinder wird bei einem Druck vom 1,5-fachen des Betriebsdrucks durchgeführt. Die Haltezeit unter Druck beträgt nicht weniger als 10 Minuten. Überprüfen Sie während des Tests den Zylinder durch sorgfältige Untersuchung auf das Auftreten von nassen Stellen in seinem Körper. Das Fehlen von nassen Stellen an der Flasche bei Prüfung mit erhöhtem Druck bedeutet, dass der Flaschenkörper keine Mikrorisse aufweist und den Besitzer vor Flaschenbruch während des weiteren Betriebs schützt.
Die hohen Antiklopfeigenschaften von Methanol in Kombination mit der Möglichkeit seiner Herstellung aus Nicht-Öl-Rohstoffen machen es möglich, dieses Produkt als vielversprechende Komponente mit hoher Oktanzahl in Motorbenzinen zu betrachten. Die optimale Zugabe von Methanol beträgt 5 bis 20 %; bei solchen Konzentrationen zeichnet sich das Benzin-Alkohol-Gemisch durch zufriedenstellende Betriebseigenschaften aus und ergibt einen spürbaren wirtschaftlichen Effekt. Die Zugabe von Methanol verringert die Verbrennungswärme des Brennstoffs und den stöchiometrischen Koeffizienten bei unbedeutenden Änderungen der Verbrennungswärme des Gemisches.
Durch die Änderung der stöchiometrischen Eigenschaften führt die Verwendung eines 15 % Methanol-Additivs (Mischung M15) im Standard-Stromversorgungssystem zu einer Erschöpfung des Luft-Kraftstoff-Gemisches um ca. 7 %. Gleichzeitig erhöht sich mit der Einführung von Methanol die Oktanzahl des Kraftstoffs (im Durchschnitt um 3–8 Einheiten bei einem 15 % Additiv), wodurch die Verschlechterung der Energieeffizienz durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses ausgeglichen werden kann . Gleichzeitig verbessert Methanol den Verbrennungsprozess des Kraftstoffs durch die Bildung von Radikalen, die Oxidationskettenreaktionen aktivieren. Untersuchungen zur Verbrennung von Benzin-Methanol-Gemischen in Einzylindermotoren mit Standard- und Schicht-für-Schicht-Gemischbildungssystemen haben gezeigt, dass die Zugabe von Methanol den Zündverzug und die Dauer der Kraftstoffverbrennung reduziert. In diesem Fall nimmt die Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone ab und die Gemischverarmungsgrenze dehnt sich aus und wird für reines Methanol maximal.
Die Besonderheiten der Betriebseigenschaften von Methanol zeigen sich auch bei der Verwendung in Mischung mit Benzin. Beispielsweise erhöht sich der effektive Wirkungsgrad des Motors und seine Leistung, aber die Kraftstoffeffizienz wird verschlechtert. Nach den an einer Einzylinderanlage erhaltenen Daten steigt bei e = 8,6 und n = 2000 min-1 für eine Mischung von M20 (20% Methanol) im Bereich k = 1,0-1,3 der effektive Wirkungsgrad um ca. 3 %, die Leistung - um 3-4%, und der Kraftstoffverbrauch steigt um 8-10%.
Zum Kaltstart des Motors mit hohem Methanolgehalt im Kraftstoffgemisch oder niedrigen Temperaturen werden elektrische Lufterwärmung oder Luft-Kraftstoff-Gemisch, teilweise Rückführung heißer Abgase, Zusätze von flüchtigen Bestandteilen zum Kraftstoff und andere Maßnahmen verwendet.
Die Zugabe von Methanol zu Benzin verbessert im Allgemeinen die Fahrzeugtoxizität. In Studien, die beispielsweise an einer Gruppe von 14 Autos mit einer Laufleistung von 5.000 bis 120.000 km durchgeführt wurden, veränderte die Zugabe von 10 % Methanol die Kohlenwasserstoffemissionen sowohl nach oben um 41 % als auch nach unten um 26 %, was im Durchschnitt einer Steigerung von 1 % entsprach .¬nia. Gleichzeitig sanken die CO- und NOx-Emissionen im Durchschnitt der gesamten Fahrzeuggruppe um 38 bzw. 8 %.
Eines der gravierendsten Probleme, die den Einsatz von Methanol-Additiven verhindern, ist die geringe Stabilität von Benzin-Methanol-Gemischen und deren besondere Empfindlichkeit gegenüber Wasser. Der Dichteunterschied von Benzin und Methanol und die hohe Löslichkeit des letzteren in Wasser führen dazu, dass bereits das Eindringen geringer Wassermengen in das Gemisch zu dessen sofortiger Schichtung und Ausfällung der Wasser-Methanol-Phase führt. Die Delaminationsneigung nimmt mit sinkender Temperatur, steigender Wasserkonzentration und sinkendem Aromatengehalt im Benzin zu. Beispielsweise steigt bei einem Gehalt von 0,2 bis 1,0% (Vol.) Wasser im Brennstoffgemisch die Delaminationstemperatur von -20 bis +10°C an, dh ein solches Gemisch ist für den Betrieb praktisch ungeeignet. Nachfolgend sind die Grenzkonzentrationen von Wasser Ccr in verschiedenen Benzin-Methanol-Gemischen aufgeführt:
Zur Stabilisierung von Benzin-Methanol-Gemischen werden Additive verwendet - Propanol, Isopropanol, Isobutanol und andere Alkohole. Bei einem Wassergehalt von 600 ppm beginnt die Trübung einer herkömmlichen M15-Mischung bereits bei -9 °C, bei -17 °C schichtet sich die Mischung auf und bei -20 °C tritt eine nahezu vollständige Destabilisierung ein. Die Zugabe von 1 % Isopropanol senkt die Trenntemperatur um fast 10 °C, während die Zugabe von 25 % die Stabilität von M15-Mischungen auch bei geringem Aromatengehalt im Benzin bis fast -40 °C in einem weiten Bereich erhält Wassergehalt.
Aufgrund der hohen Kosten und der begrenzten Produktion von Stabilisatoren für Benzin-Methanol-Gemische wurde vorgeschlagen, eine Mischung aus Alkoholen, hauptsächlich Isobutanol, Propanol und Ethanol, zu verwenden. Ein solches stabilisierendes Additiv kann in einem einzigen technologischen Zyklus der gemeinsamen Produktion von Methanol und höheren Alkoholen erhalten werden. Bereits die Zugabe geringer Mengen Methanol verändert die fraktionierte Zusammensetzung des Kraftstoffs. Dadurch steigt die Neigung zur Bildung von Dampfpfropfen in den Kraftstoffzuleitungen, die jedoch bei reinem Methanol aufgrund seiner hohen Verdampfungswärme praktisch ausgeschlossen ist. Berechnungen zufolge ist bei einer 10%igen Mischung von Methanol mit Benzin die Bildung von Dampfpfropfen bei Umgebungstemperaturen möglich, die um 8-11 ° C niedriger sind als beim Basiskraftstoff. Eine Korrektur der Fraktionszusammensetzung des Basiskraftstoffs ist durch Reduzierung des Gehalts an leichten Komponenten unter Berücksichtigung der nachträglichen Zugabe von Methanol möglich.
Die korrosive Aktivität von Benzin-Methanol-Gemischen ist viel geringer als die von reinem Methanol, aber in einigen Fällen ist sie signifikant und hängt stark von der Anwesenheit von Wasser ab. Beispielsweise korrodieren Stahl, Messing und Kupfer in Mischungen mit 10-15% Methanol nicht, während Aluminium langsam mit Farbumschlag korrodiert.
Im Ausland werden in Vergasermotoren in der Praxis Gemische von 10–20 % Ethanol mit Petroleumbenzinen, genannt "Gazohol", eingesetzt. Nach ASTM-Standard, entwickelt von der US-amerikanischen National Alcohol Fuels Commission, zeichnet sich Gasohol mit 10 % Ethanol durch folgende Parameter aus: Dichte 730-760 kg/m3, Siedetemperaturbereich 25-210°C, Verbrennungswärme 41,9 MJ/ kg, Verdampfungswärme 465 kJ / kg, Sattdampfdruck (38 ° C) 55-110 kPa, Viskosität (-40 ° C) 0,6 mm2 / s, stöchiometrischer Koeffizient 14. Somit entspricht Gasohol bei den meisten Parametern Motorbenzine.
Bei Verwendung von wässrigem Ethanol bei niedrigen Umgebungstemperaturen ist es zur Vermeidung von Schichtung erforderlich, der Mischung Stabilisatoren wie Propanol, sec-Propanol, Isobutanol usw Stabilität des Ethanolgemisches, das 5% Wasser enthält, mit Benzin bei Temperaturen bis zu -20°C.
Die größte Verbreitung von Gasohol findet sich in Brasilien, wo seit 1975 ein Regierungsprogramm zur Nutzung nachwachsender pflanzlicher Rohstoffe zur Herstellung von Ethanol und dessen Verwendung als Fahrzeugkraftstoff durchgeführt wird. Die Zahl der Autos, die in diesem Land mit Ethanol und Gasohol betrieben wurden, war 1980. 2411 und 775 Tausend Stück. bzw. Bis zum Jahr 2000 von der prognostizierten Pkw-Flotte in Brasilien 19-24 Millionen Einheiten. auf alkoholischen Kraftstoffen sollte von 11 bis 14 Mio. betrieben werden.In den Vereinigten Staaten werden an 1000 Zapfsäulen in 20 Staaten Autos mit Gasohol gefüllt, das 10-20% Ethanol enthält.
In europäischen Ländern mit begrenzten Kapazitäten für die Ethanolproduktion und seinen hohen Kosten wird mehr Interesse an der Verwendung von Methanolzusätzen gezeigt. Die größte Verwendung von Methanol als Kraftstoff und seinen Bestandteilen wurde in der Bundesrepublik Deutschland erzielt. Im Rahmen eines dreijährigen Bundesforschungsprogramms für alternative Energieträger im Zeitraum 1979-1982. in der Bundesrepublik Deutschland wurden mehr als 1000 Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen, hauptsächlich Methanol und Benzin-Methanol-Gemischen, betrieben. Für den Betrieb mit dem M15-Gemisch wurden 850 Fahrzeuge auf das M100-120-Gemisch und 100 Fahrzeuge auf Dieselkraftstoff mit Methanolzusatz umgerüstet. Das M100-Gemisch besteht zu 95 % aus Methanol, die restlichen 5 % enthalten Leichtbenzinanteile (meist Isopentan), die für den Motorstart notwendig sind. Für den Winterbetrieb erhöht sich der Gehalt an Benzinfraktionen auf 8-9%, während der Wassergehalt in der Mischung nicht mehr als 1% betragen darf.
Ein Gemisch von M15 von 85 % der Benzinfraktionen enthält mindestens 45 % aromatische Kohlenwasserstoffe; der Gehalt an Tetraethylblei in der Mischung überschreitet 0,15 g / kg nicht und der Wassergehalt liegt innerhalb von 0,10% (praktisch 0,05-0,06%). Mischung M15 enthält auch Korrosionsschutzadditive.
In einer Reihe von Ländern wird Methyl-tert-butylether (MTBE) als Additiv verwendet, um die Ressourcen hochoktaniger Benzine zu erweitern. Seine Klopffestigkeit ist 3-4 mal höher als die von Alkylbenzin, wodurch es möglich ist, mit Hilfe von Ether eine breite Palette von bleifreien Benzinen mit hoher Oktanzahl zu erhalten. Methyl-tert-butylether zeichnet sich durch folgende Parameter aus: Dichte 740 - 750 kg / m3, Siedepunkt 48 - 55 ° C, Sattdampfdruck (25 ° C) 32,2 kPa, Verbrennungswärme 35,2 MJ / kg, Oktanzahl 95 -110 (motorische Methode) und 115-135 (Forschungsmethode). Ether weist die größte Antiklopfeffizienz in der Zusammensetzung von Straight-Run-Benzinen und der katalytischen Reformierung des üblichen Modus auf.
Die inländischen Benzine A-76 und Ai-92 mit Zusätzen von 8 bzw. 11% Methyl-tert-butylether erfüllen die Anforderungen von GOST 2084-77 in jeder Hinsicht und zeigten die beste Leistung in Bezug auf eine Reihe von Qualifikationsbewertungsmethoden. Benzine mit Ether-Additiven zeichnen sich durch gute Starteigenschaften aus und weisen bei niedrigeren Motordrehzahlen im Vergleich zu handelsüblichen Benzinen eine höhere tatsächliche Oktanzahl auf.
Die Kraftstoffeffizienz- und Leistungsindikatoren des Motors beim Betrieb mit Benzin mit Ether liegen auf dem Niveau von handelsüblichem Benzin. In diesem Fall wird die Toxizität der Abgase etwas verringert, hauptsächlich aufgrund der Verringerung der Kohlenmonoxidemissionen. Veränderungen und Unregelmäßigkeiten im Zustand und Betrieb von Motorsystemen bei der Verwendung von Benzin mit Ether werden nicht beobachtet.