La economía del metanol recientemente propuesta es una posible economía futura en la que el metanol reemplazaría a los tipos comunes de combustibles fósiles como medio de almacenamiento de energía, tanto como combustible como materia prima para la síntesis de hidrocarburos y sus derivados. Se considera que puede ofrecer una alternativa a la economía del hidrógeno propuesta oa la economía del etanol .
En 2005, el premio Nobel George A. Olah abogó por la creación de una economía de metanol en su ensayo Más allá del petróleo y el gas: la economía del metanol [1] y en 2006, junto con otros dos coautores, publicó un libro sobre este tema [2] En estos libros, los autores resumen el estado de las fuentes de combustibles fósiles y otras fuentes de energía alternativa, su disponibilidad y limitaciones antes de sugerir la experimentación con la llamada economía del metanol .
El metanol es un combustible que se puede utilizar tanto para motores térmicos como para pilas de combustible . Gracias a su buen índice de octanaje , se puede utilizar directamente como combustible en automóviles (incluidos automóviles híbridos y modelos enchufables ) que utilizan varios tipos de motores de combustión interna ya en uso. El metanol también se puede utilizar en la celda de combustible, ya sea directamente, en celdas DMFC , o indirectamente, después de su transformación en hidrógeno mediante reformado .
En condiciones normales, el metanol es un líquido, lo que le permite ser fácilmente almacenado, transportado y distribuido, similar a la gasolina y el diesel . Químicamente, también puede transformarse rápidamente por deshidratación en dimetil éter , un sustituto del diesel que tiene un número de cetano de 55.
En la década de 2000, el metanol se utilizó a gran escala (aproximadamente 37 millones de toneladas por año) [3] como un ladrillo químico elemental para producir numerosos productos químicos complejos y materiales poliméricos . Además, puede convertirse fácilmente por el proceso de "metanol a olefina" (MTO) en etileno y propileno , hidrocarburos insaturados que pueden utilizarse para producir hidrocarburos sintéticos de mayor peso molecular y otros derivados de los mismos, que normalmente se obtienen del petróleo y gas natural.
El metanol se puede producir de manera eficiente a partir de una amplia variedad de fuentes, incluidos algunos tipos muy abundantes de combustibles fósiles ( gas natural , carbón , esquisto bituminoso , arenas bituminosas , etc.), pero también a partir de productos de desecho agrícola y basura común diferenciada urbana, de madera , y de varios tipos de biomasa .
Reciclaje de dióxido de carbonoUna hipótesis mucho más radical es la de obtener metanol a partir del reciclaje químico del dióxido de carbono . Inicialmente, la fuente principal podría ser las emisiones ricas en CO 2 de las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles o los residuos de las fábricas de cemento y otras fábricas. En tiempos más largos, considerando la disminución de los recursos de combustibles fósiles y el efecto de su uso en la atmósfera terrestre , incluso la baja concentración de CO 2 natural podría ser capturada y reciclada para obtener metanol: de esta forma constituiría un complemento del mismo. .ciclo natural de la fotosíntesis. Se están desarrollando nuevas sustancias absorbentes más eficientes, capaces de capturar el CO 2 atmosférico , que en algunos casos imitan la acción de las plantas vivas. El reciclaje químico de CO 2 para obtener nuevos combustibles y materiales podría entonces ser posible y sostenible, haciendo que estos "combustibles de carbono no fósiles" sean renovables en una escala de tiempo comparable a la vida humana. En Islandia, en 2011/2012, ya se ha iniciado una producción de dos millones de litros de metanol al año con este sistema. [4]
El metanol necesario en esta economía se puede sintetizar a partir de una amplia gama de fuentes de carbono , incluidos los combustibles fósiles y la biomasa , pero también el CO 2 emitido por las plantas de combustibles fósiles y otras industrias y posiblemente incluso ese pequeño porcentaje de CO 2 contenido en el aire . .
Hoy en día, el metanol se produce casi exclusivamente a partir de gas de síntesis , una mezcla de H 2 , CO y CO 2 obtenida de la oxidación parcial de combustibles fósiles, principalmente gas natural y carbón . Es una tecnología bien desarrollada ya gran escala, actualmente en beneficio de la industria química.
Si bien los recursos de gas natural convencional son actualmente la principal fuente de partida para la producción de metanol, se han propuesto fuentes no convencionales, como el metano de lecho de carbón , el gas de arenas movedizas y posiblemente los inmensos depósitos de gas de hidrato de clatrato en el fondo del mar debajo de la plataforma continental y en los depósitos de lodo y turba congelados de la tundra en Siberia y Canadá . Además del metano, la mayoría de los combustibles fósiles convencionales más baratos ( combustóleo ) o no convencionales ( lutitas bituminosas , arena bituminosa , orimulsión , etc.) pueden utilizarse para producir metanol.
Aparte de la ruta convencional de metanol a partir de metano , pasando por la generación de gas de síntesis obtenido por reformado con vapor combinado (o no) con oxidación parcial, actualmente se están desarrollando formas más eficientes de producir metanol a partir de metano. Éstos incluyen:
Sin embargo, el uso de metano (y otros combustibles fósiles) para la producción de metanol utilizando todos los métodos de síntesis ya mencionados tiene un problema ecológico: la emisión del gas de efecto invernadero CO 2 , su acumulación en la atmósfera y el cambio climático .
Para abordar este problema, será necesario producir metanol mediante procesos que minimicen las emisiones de CO 2 . Una solución sería producirlo a partir del gas de síntesis obtenido de la gasificación de biomasa. Se puede utilizar cualquier biomasa para este propósito, incluida la madera , las astillas de madera y los desechos forestales (ramitas, hojas), pasto, residuos de plantas agrícolas no comestibles, subproductos, desechos y desechos animales, plantas acuáticas y desechos municipales. No es necesario utilizar la parte noble (las semillas) de los cultivos alimentarios, como es el caso del etanol obtenido de la fermentación del maíz , la caña de azúcar o la harina de trigo .
Biomasa → Syngas (CO, CO 2 , H 2 ) → CH 3 OHMás importante aún, el metanol también se puede producir a partir de CO 2 residual, gracias a la hidrogenación catalítica de CO 2 con H 2 obtenido de la electrólisis del agua o con la reducción electroquímica de CO 2 . Para ser neutral desde el punto de vista de la reducción de dióxido de carbono en la atmósfera, la energía necesaria para estas reacciones debe ser proporcionada por fuentes renovables como la eólica, la hidroeléctrica, la solar o la nuclear.
CO 2 + 3H 2 → CH 3 OH + H 2 O CO 2 + 2H 2 O + electrones → CO + 2H 2 (+ 3/2 O 2 ) → CH 3 OHEl CO 2 necesario podría ser el producido por las plantas que queman combustibles fósiles que producen gases residuales industriales, incluidas también las fábricas de cemento. En un futuro de décadas, con la disminución de los recursos de combustibles fósiles y las emisiones de CO 2 relacionadas, se podría utilizar el contenido de CO 2 en el aire . Teniendo en cuenta la baja concentración de CO 2 en el aire (0,037 %), habrá que utilizar tecnologías mejoradas y económicamente viables para absorber el CO 2 . Esto permitirá el reciclaje químico del CO 2 , lo que imitaría los efectos atmosféricos que tiene la fotosíntesis en la naturaleza.
En una economía basada en metanol, este podría usarse como combustible:
En motores de combustión interna (ICE)El metanol tiene un octanaje alto (RON de 107 y MON de 92), lo que lo convierte en un sustituto adecuado de la gasolina. Tiene un índice de llama superior al de la gasolina, lo que se traduce en una mayor eficiencia, así como un mayor calor latente de vaporización (3,7 veces superior al de la gasolina), lo que implica que el calor generado por el motor se puede eliminar de forma más eficaz, lo que permite utilizar motores refrigerados por aire. Además, el metanol se quema produciendo menos contaminantes que la gasolina y es más seguro en caso de incendio. Sin embargo, el metanol tiene solo la mitad del contenido energético por volumen de la gasolina (8600 BTU/libra).
En motores de encendido por compresión ( motor diesel )El metanol por sí mismo es un mal sustituto de los combustibles diesel. Pero, por deshidratación química , el metanol se puede transformar en dimetil éter (DME) , que es un buen combustible diésel con un número de cetano de 55-60, mejor que el número de cetano de 45-55 del diésel normal. En comparación con los combustibles diésel, el DME tiene emisiones mucho más bajas de material particulado, NO x y CO y no emite ningún tipo de dióxido de azufre o dióxido de azufre (SO x ). El metanol también se utiliza para producir biodiesel , a través de la transesterificación de aceites vegetales.
En motores avanzados o en la pila de combustible alimentada por metanolEl uso de metanol y dimetil éter se puede combinar con tecnologías de motores híbridos y automóviles eléctricos , para obtener un mayor kilometraje (kilómetros por litro) y menores emisiones. Estos combustibles se pueden utilizar tanto en pilas de combustible como a través de catalizadores que realizan reformado mediante la obtención de hidrógeno para alimentar la pila de combustible, o que directamente "queman" metanol en pilas de combustible de metanol directo (DMFC).
Para la producción de electricidadEl metanol y el DME se pueden utilizar en turbinas de gas para generar electricidad. Los distintos modelos de pilas de combustible (PAFC, MCFC, SOFC), actualmente muy caros, pueden utilizarse para la generación de electricidad, especialmente en entornos donde se requiere poco ruido, además de la generación de poco calor, como hospitales; o un peso muy bajo de la planta, como en los medios de transporte aéreo o espacial.
Como combustible domésticoEl metanol y el DME se pueden usar en edificios comerciales y viviendas para generar calor y/o electricidad. El DME se puede utilizar en estufas/cocinas a gas comerciales, sin mayores modificaciones. En los países en desarrollo, el metanol podría usarse como combustible para cocinar, ya que se quema de manera mucho más limpia que la madera (menos nanopartículas y CO), y de esta manera reduce algunos de los problemas relacionados con la contaminación doméstica. Sin embargo, debe mezclarse con gasolina , gasóleo o con sustancias colorantes adulterantes, para evitar cualquier posible estafa , y el uso letal como aditivo de bebidas, hecho ocurrido en Italia con la estafa del vino metanol .
Actualmente, el metanol se usa ampliamente a gran escala como material base para producir una variedad de productos químicos y otros productos, como polímeros para plásticos. Con el proceso conocido como “metanol a gasolina” (MTG), el metanol se puede transformar en gasolina . Usando el proceso de "metanol a olefina" (MTO), el metanol se puede convertir en los alquenos etileno y propileno , los dos productos químicos fabricados en grandes cantidades por la industria petroquímica. Estos son bloques de construcción importantes para la producción de polímeros esenciales (LDPE, HDPE, PP) y otros productos químicos intermedios que actualmente se producen a partir de derivados del petróleo. Por lo tanto, su producción a partir de metanol podría reducir la dependencia del petróleo. También permitirá seguir produciendo estos productos químicos básicos y plásticos, incluso después del final seguro de los depósitos de combustibles fósiles.
Ventajas de la economía del metanol frente a la economía del hidrógeno: