W dziale tym postaram się przedstawić metanol jako użyteczne paliwo dla mas. Jest to substancja która w warunkach polowych może zastąpić benzynę. Mi jednak chodzi głównie o użycie jej jako magazynu energii z przydomowej elektrowni. Poniżej podstawowe dane metanolu:
Rodzaj substancji: alkohol
Wzór chemiczny: CH3OH lub sumaryczny CH4O
Temp: topnienie -94, wrzenie + 65 st C
Reakcja spalania: 2CH3OH + 3O2 -> 2CO2 + 4H2O
Temp zapłonu oparów z powietrzem: min 11 st C
Temp samozapłonu par w powietrzu: min 445 st C
Masa molowa: 32,04g/mol
Wartość energetyczna: 16MJ/litr
Gęstość: 0,79kg/litr
Inne właściwości fizyczne i chemiczne: lżejszy od wody, rozpuszcza się w każdym stosunku z wodą, zapach podobny do etanolu, bezbarwny, silnie trujący, ok 50-100g zabija człowieka, mniejsze ilości powodują uszkodzenie wątroby i regradacje nerwu wzrokowego, na odczyn obojętny i jest to substancja oczywiście palna, metanol jest bardzo lotny, łatwo się zatruć oparami.
Metanol stosowany do silników spalinowych jest dość kłopotliwy ze względu na reakcje z aluminium tworzącym elementy silnika. Na szerszą skalę stosowany jest w silnikach motocykli żużlowych, silnikach modelarskich i niektórych autach wyścigowych cena metanolu w 2008 roku wynosi od ok 8 do 12 zł za litr. Jest mniej wybuchowy od benzyny jak i 2x mniej energetyczny, zatem do osiągnięcia mocy zbliżonej do identycznego silnika benzynowego trzeba spalić ok 2x więcej metanolu. Samo przechowywanie energii z danego źródła (np przydomowej elektrowni słoneczno wiatrowej) w postaci metanolu jest korzystne głównie ze względu na stan skupienia tego alkoholu. Ciecz posiada znacznie większą pojemność energetyczna niż gaz, np metan, skupienie gazu tak aby jego pojemność energetyczna wynosiła np te 16MJ na litr (dm3) wymaga zwykle setek atmosfer, stan ciekły daje ten sam efekt przy ciśnieniu atmosferycznym w przypadku np omawianego tu metanolu. Niestety metanol nie jest prosty w uzyskaniu, zwykle wymaga skomplikowanych substratów i ciężkich warunków.
Sposoby produkcji metanolu:
1. Metoda ciśnieniowa
Jest kilkanaście metod uzyskiwania metanolu z syntezgazu czyli mieszaniny H2 i CO. Metody te wymagają ciśnień od 4 do 32 MPa (1MPa = 10ATM), ja omówię najprostszą. Wymagana jest komora ciśnieniowa mogąca pracować w ciśnieniu 4 do 10 MPa, taką komorą może być wytoczona rura grubościenna o długości ok 50-100 cm (ilości metanolu na potrzeby domku jednorodzinnego) i średnicy ok 10 cm, komora powinna być wyłożona siatką lub granulatem zawierającym katalizator składający się z mieszanki Cu, Zn, Al2O3. Zasadniczo porowaty Al2O3 zazwyczaj stanowi tylko strukturę nośną dla miedzi i cynku. Po wprowadzeniu do niej mieszaniny syntezgazowej i podniesieniu ciśnienia oraz podgrzaniu substratów do kilku set stopni reakcja powinna się zapoczątkować, niestety nie pamiętam czy jest to reakcja endo czy egzotermiczna, tj czy po zapoczątkowaniu sama się podtrzymuje czy wymaga ciągłych dostaw energii cieplnej. Reaktor powinien być wyposażony w pętlę tak aby substraty krążyły w kółko, po wyjściu z reaktora do niego wracały jednocześnie należy je uzupełniać i odbierać metanol na dole w skraplaczu.
Syntez gaz najprościej uzyskać z zgazowywania węgla kamiennego wg reakcji H2O + C -> H2 + CO, jest też możliwe uzyskanie go z reakcji metanu z parą wodną CH4 + H2O -> CO + 3H2 przy ciśnieniu ok 1 – 2MPa i temperaturze 850 st C przy udziale katalizatora niklowego. Syntezgaz w przemyśle nieraz jest odpadem podczas różnych procesów chemicznych jednak zwykle jest odkupywany przez inne fabryki na potrzeby innych procesów chemicznych.
2. Destylacja drewna – niegdyś najpopularniejsza metoda, nie będę się nad nią rozwodził gdyż jest dość droga, mało efektywna i pozostawia wiele odpadów.
3. Reakcja chemiczna KOH lub NaOH z fluorowcopochodnymi metanu, np z CH3Cl, przy reakcji z NaOH powstanie sól kuchenna i metanol, łatwo jest te 2 substancje oddzielić od siebie za pomocą destylacji.
4. Reakcja dwutlenku węgla z wodorem, dość efektywna reakcja i ostatnio bardzo popularna w przemyśle, zachodzi w obecności katalizatora Cu, ZnO, Al2O3 przy temperaturze ok 200 st C. Związek Zn0 i Cu naniesione są na porowatą jak pumex powierzchnie Al2O3. Ciśnienie minimum kilkadziesiąt atmosfer.
5. Istnieją też metody produkcji metanolu z pary wodnej i tlenku węgla, jednak wymagają one temperatur ok 400st C i ponad 40Mpa ciśnienia przy użyciu katalizatorów chromowych.
Jest jeszcze wiele innych tanich metod produkcji metanolu nadających się dla przemysłu, jednak prawie wszystkie oscylują wokoło wysokich temperatur i ciśnień. Niestety nie zbędny jest tu zazwyczaj CO lub CO2 co przy próbach domowej jego produkcji na potrzeby magazynowania energii stanowi pewien problem. Oczywiście przy odpowiednio dużym nakładzie energii CO2 można odzyskać z powietrza czy tez kominów domów mieszkalnych, wymagałoby to postawienia dużego wiatraka zasilającego. Nie liczę tu sprawności takiej reakcji odzysku CO2 bo przy wiatraku zasilającym zbudowanym niskimi kosztami w garażu na swojej działce nie ma to znaczenia. Ja osobiście skłaniałbym się ku reakcji nr 4 z uproszczonym katalizatorem miedziowo cynkowotlenkowym w postaci proszku w rurze cisnieniowej.
