2. Биотопливо – как экономика будущего

Экономика метанола это гипотетическая энергетическая экономика будущего, при которой ископаемое топливо будет заменено метанолом. Эта экономика является альтернативой существующих моделей водорода и этанола (Биотопливо). В 2005 году лауреат нобелевской премии Джордж Ола (George Andrew Olah) опубликовал свою книгу Oil and Gas: The Methanol Economy", в которой обсудил шансы и возможности экономики метанола. В книге он предоставляет аргументы против водородной модели и обозначает возможность синтеза метанола из углекислого газа (CO₂) или метана. Промышленное культивирование и биотехнологическая конверсия морского фитопланктона рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений в области получения биотоплива.

В начале 1980-х рядом европейских стран совместно разрабатывался проект, ориентированный на создание промышленных систем с использованием прибрежных пустынных районов. Осуществлению этого проекта помешало общемировое снижение цен на нефть.

Первичное производство биомассы осуществляется путём культивирования фитопланктона в искусственных водоёмах, создаваемых на морском побережье.

Вторичные процессы представляют собой метановое брожение биомассы и последующее гидроксилирование метана с получением метанола.

Основными доводами в пользу использования микроскопических водорослей являются следующие:

• высокая продуктивность фитопланктона (до 100 т/га в год);

• в производстве не используются ни плодородные почвы, ни пресная вода;

• процесс не конкурирует с сельскохозяйственным производством;

• энергоотдача процесса достигает 14 на стадии получения метана и 7 на стадии получения метанола;

С точки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии.

4.2.1 Экология производства

Процесс преобразования газообразного водорода в метанол может иметь нейтральное воздействие на парниковый эффект. Хранение, транспортировка и распределение метанола, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре, не нуждаются в создании абсолютно новой инфраструктуры и позволяют использовать имеющуюся для ископаемых энергоносителей. Этот факт выгодно отличает метанол от водорода, который нуждается в сосудах с высоким давлением, охладительных устройствах, контрольных системах. Большие расстояния между производителем энергии и потребителем могут быть преодолены с большей эффективностью, чем при транспортировке энергии в виде электричества. Например солнечная энергия Сахары, или тепловая энергия из недр земли в Исландии.

Метанол в качестве топлива

При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость (теплота сгорания) метанола на 40-50 % меньше, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси. В результате этого рост мощности двигателя повышается на 10-15 %. Двигатели гоночных автомобилей работающих на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном карбюраторном ДВС степень сжатия для неэтилированного бензина как правило не превышает 10.1:1.

Недостатки:

• метанол травит алюминий. Проблемным является использование алюминиевых карбюраторов и инжекторных систем подачи топлива в ДВС.

• гидрофильность. Метанол втягивает воду, что является причиной засорения систем подачи топлива в виде желеобразных ядовитых отложений.

• уменьшенная летучесть при холодной погоде: Моторы, работающие на метаноле, могут иметь проблемы с запуском и отличаются повышенным расходом топлива до достижения рабочей температуры.

Теоретические преимущества

Преимущества метанола перед водородной:

• более энергоёмкий энергоноситель чем водород (в сравнении по объёму и весу), особенно если принимать во внимание, что для хранения водорода необходимы сосуды, выдерживающие высокое давление.

• инфраструктура для водорода может оказаться весьма дорогой, в то время как для метанола достаточно имеющейся бензиновой инфраструктуры.

• метанол можно смешивать с бензином

• использовать метанол удобнее водорода (которому необходимы специальные сосуды)

• метанол можно использовать в химической индустрии как базовый материал

Теоретические недостатки

• высокие энергетические затраты производство водорода и синтез метанола

• производство само по себе не является экологически абсолютно чистым

• на данный момент производство синтез-газа зависит от ископаемых энергоносителей (несмотря на то, что в теории возможно использование любых источников энергии)

• энергетическая плотность (по объёму или весу) в половину меньше бензиновой

• метанол очень ядовит! Намного более, чем бензин. Принятие внутрь организма уже малой дозы (10мл) приводит к летальному исходу. С другой стороны, в отличие от бензина, метанол не содержит канцерогенных веществ (способствующих развитию раковых опухолей).

• метанол — легковоспламеняющаяся жидкость. В отличие от водорода и других газов метанол не улетучивается, если система хранения даёт течь

• метанол может сравнительно быстро попасть в источники питьевой воды и отравить её. Этот сценарий исследован пока недостаточно, но существует опыт утечки Метил-трет-бутилового эфира и загрязнения воды.

\