Metanól

Metanól, einnig þekkt sem metýl alkóhól, karbinól, tréspíri, viðaralkóhól eða viðarspíri, er efnasamband með efnaformúluna CH3OH (oft skrifað sem MeOH). Það er einfalt alkóhól og er léttur, rokgjarn, litarlaus, eldfimur og eitraður vökvi með mjög sérstakri lykt sem er mjög svipuð en aðeins sætari en lyktin af etanóli (drykkjar alkóhól). Við stofuhita er efnið litarlaus vökvi og er notaður sem frostvari, leysir, eldsneyti og sem geymsla fyrir etanól. Metanól er einnig notað til að búa til biodiesel, í gegnum umestrunar-hvarf.

Metanól er framleitt náttúrulega í loftfirrðum hvörfum í mörgum tegundum baktería og er því náttúrulegt í umhverfinu. Þar af leiðandi er lítill prósentuhluti af metanólgufu í andrúmsloftinu. Eftir nokkra daga frá því að metanól sem er í umhverfinu varð til, hvarfast það við súrefni með hjálp sólarljóssins og myndar koldíoxíð og vatn. 

Efnaformúla:

2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Metanól-bruni er nánast alveg litarlaus þegar sólin skín, sem veldur aukinni hættu í umhverfinu. Vegna þess að metanól er eitrað er það vanalega notað sem íblöndunarefni fyrir etanól, sem notað er í iðnaði. Þessi viðbót af metanóli losar notendur iðnaðaretanólsins við það að greiða háan áfengisskatt sem væri annars lagður á etanólið eins og allt annað drykkjaráfengi. Metanól er oft kallað viðarspíri vegna þess að það var eitt sinn framleitt sem aukaafurð við þurreimingu á trjám. Nú er það búið til með fjölþrepa ferli. Jarðgasi eða kolagasi og gufu er komið fyrir í bræðsluofni til að búa til vetni og kolmónoxíð. Vetnið og kolmónoxíðið hvarfast svo við mikinn þrýsting og með hjálp hvata og myndar metanól.

Saga 
Forn-Egyptar voru þeir fyrstu sem vitað er um að hafi notað metanól, eða blöndu með metanóli í, sem þeir fengu úr hitasundrun á við. Hreint metanól var hins vegar fyrst einangrað árið 1661 af Robert Boyle, með því að eima boxvið. Efnið fékk þá nafnið „pyroxylic spirit“. Árið 1834 komust efnafræðingarnir Jean-Baptiste Dumas og Eugene Peligot að frumeindasamsetningu metanóls. Þeir kynntu þá nafnið methylene sem þýðir á grísku vínviður. Orðið átti að þýða „alkóhól búið til úr við“ en hafði gríska málfræðivillu. Orðið „methanol“ varð svo til árið 1892 og er það stytting á „Methyl Alchohol“.

Árið 1923 fundu efnafræðingarnir Awin Mittasch og Mathias Pier leið til þess að þess að breyta blöndu af kolmónoxíði, koldíoxíði og vetni í metanól.

Nútíma metanólframleiðsla hefur verið gerð auðveldari með hjálp hvata (vanalega kopar), sem er hægt að framkvæma við lægra hitastig. Nútíma metanól sem búið er til við lægri þrýsting var þróað af ICI (Imperial Chemical Industries) á 7. áratug 20. aldar með tækni sem Johnson Matthey hefur einkarétt á en Johnson er einn aðal leyfisveitandi heimsins af metanól tækni.

Notkun metanóls sem eldsneyti á farartæki fékk mikla athygli á meðan olíukreppunni stóð á 8. áratugnum vegna þess að það var auðfáanlegt, ódýrt og umhverfisvæmt. Um miðjan 10. áratuginn voru yfir 20 þúsund bílar sem gengu bæði fyrir metanóli og bensíni voru kynntir í Bandaríkjunum.

Bílaframleiðendur hættu að framleiða farartæki sem keyrð voru á metanóli í lok 10. áratugarins og einbeittu sér að etanól farartækjum í staðinn. Þó svo að tæknin með metanólbílana bar góðan árangur, þá hafði hækkun í verði þau áhrif að áhuginn minnkaði.

Framleiðsla 
Í dag er efnasmíðagas yfirleitt framleitt úr metani sem fæst úr jarðgasi frekar en úr kolum. Metan hvarfast við vatnsgufu með hjálp nikkel hvata til að búa til efnasmíðagas, samkvæmt jöfnunni:

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Þetta hvarf, sem er vanalega kallað gufu-metan hvarf er innvermið og takmarkaður varmaflutningur setur bæði mörk á stærð hvatans og hversu mikinn þrýsting hann getur haft. Metan getur einnig oxast og búið til efnasmíðagas eins og jafnan sýnir: 

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

Þetta hvarf er útvermið og varminn sem það gefur frá sér getur verið notaður til þess að keyra gufu-metan hvarfið. Hlutfall kolmónoxíðs og vetnis er hægt að stjórna upp að vissu marki með vatns-gas hliðrunarhvarfinu: 

CO + H2O → CO2 + H2

Til þess að fá rétta jafnvægið fyrir metanólframleiðsluna

Kolmónoxíðið og vetnið hvarfast svo saman með öðrum hvata til að búa til metanól. Í dag er sá hvati sem er mest notaður blanda af kopar, sinkoxíði og áli. Við 5-10 MPa (50-100 atm) þrýsting og 250 °C hita er hægt að stjórna metanólframleiðslunni vel :

CO + 2 H2 → CH3OH

Þó skal taka það fram að framleiðsla á efnasmíðagasi frá metani gefur frá sér þrjú mól af vetni, á móti einu móli af kolmónoxíði, á meðan framleiðslan á metanóli þarfnast aðeins tveggja móla af vetni á móti einu móli af kolmónoxíði. Ein leið til að nota þetta auka vetni er að nota koldíoxíð og hvarfa það við vetnið við á sama hátt og gert var við kolmónixíðið hér að ofan: 

CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O

Þó að jarðgas sé hagkvæmasta og mest notaða „hráefnið“ við metanól framleiðslu, þá er hægt að nota annað. Metanól er einnig unnið úr kolum, aðallega í Kína. Auk þess hefur framför í tækni orðið til þess að hægt er að framleiða metanól úr lífmassa.

Framleiðslumöguleikar á Íslandi 
Með kolmónoxíði:

Hugmyndir hafa verið uppi um að nota kolmónoxíð sem losnar frá Íslenska Járnblendifélaginu ef ofnum yrði lokað en óvíst er að það sé framkvæmanlegt. Einnig er hægt að fá kolmónixíð með gösun á lífmassa og sorpi.

Með koldíoxíði:

Koldíoxíðið sem losnar frá Svartsengi (háhitasvæði) á hverju ári eru 80 þúsund tonn. Úr þessu magni ert hægt að framleiða um 55 þúsund tonn af metanóli. Raforkan sem þyrfti að nota við vetnisframleiðsluna væri 10,3 kWh á hvert kg metanóls

Snemma árs 2008 undirrituðu Mannvit hf. og íslensk-ameríska fyrirtækið Carbon Recycling International ehf. samstarfssamning um að hanna og byggja verksmiðju sem breytir koltvísýringsútblæstri frá jarðvarmavirkjunum í metanól, fljótandi eldsneyti fyrir bíla og önnur farartæki. Þetta yrði fyrsta verksmiðja sinnar tegundar í heiminum.

Árleg afkastageta verksmiðjunnar, sem verður reist á Reykjanesi, verður 4,5 milljón lítrar af metanóli sem blandað verður bensíni í hlutföllunum 5 á móti 95. Sú blanda hækkar oktangildi eldsneytisins og stuðlar að hreinni brennslu og betri nýtingu þess. Enn fremur eykur blandan afl bensínbíla, jafnt nýrra sem eldri, án þess að nokkurra vélarbreytinga verði þörf. Áætlað var að bensínblandan standi ökumönnum á höfuðborgarsvæðinu til boða frá og með maí 2009.

Notkun 
Lang stærsti hluti notkunar metanóls fer í að búa til önnur efni. Um 33% af metanóli er breytt í formaldehýð, sem er svo notað til að búa til margvíslegar vörur eins og plast, krossvið, málningu og sprengiefni.

Metanól einnið notað til þess að búa til trígýseríð, sem er notað til að búa til biodiesel.
Önnur efni sem hægt er að nota Metanól í framleiðslunni er dímetýl eter. Hægt er að blanda DME við olíu og hita upp hús og einnig er hægt að nota það á bílvélar í staðin fyrir dísilolíu.

Eldsneyti á bíla 

Metanól er notað í takmörkuðu magni sem eldsneyti á brunahólfsvélar. Erfiðara er að kveikja í metanóli heldur en bensíni og brennur aðeins með einum áttunda af varma bensíns. Metanól er notað í mörgum kappaksturskeppnum í Bandaríkjunum, meðal annars í Monster Truck.  Metanól er notað sem eldsneyti á ýmsar gerðir flugvéla, bíla, vörubíla og annarra kappaksturbíla og tækja. Ástæðan er sú að metanól gefur meiri kraft, hröðun og er ekki eins eldfimt og bensín. Sumir kappakstursmenn hafa blandað metanóli við bensín og nituroxíð til þess að gefa ökutækjum sínum aukinn kraft.

Einn af göllum metanóls sem eldsneyti er sá að það er tærandi fyrir suma málma, þar á meðal áls. Metanól, þrátt fyrir að vera veik sýra, ræðst á oxíð himnuna sem vanalega verndar ál frá tæringu:

6 CH3OH + Al2O3 → 2 Al(OCH3)3 + 3 H2O

Tæringarvandamálið hefur verið reynt að leysa með því að bæta við efnum í eldsneytið sem virka sem tæringarvörn. Hægt er að blanda litlu magni af metanóli í bensín til að nota á bíla, ef notaður er leysir og tæringarvari.The European Fuel Quality Directive heimilar allt að 3% af metanóli, auk sama magns af leysi, sé sett í bensín sem er selt í Evrópu í dag. Kínverjar nota meira en einn milljarð gallona af metanóli á hverju ári sem eldsneyti, bæði sem íblöndunarefni í bensín og sem eldsneyti á metanólfarartæki.

Eitrun 
Metanól eða tréspíri finnst í ýmsum iðnaðarvörum, til dæmis rúðuhreinsivökvum, frostlegi og leysiefnum. Metanól frásogast hratt frá meltingarvegi og hámarksþéttni næst í blóði eftir 0,5-1 klst frá inntöku. Dreifingarrúmmál er um 0,6 L/kg og próteinbinding er engin. Helmingunartími metanóls er 14-18 klst. Um 20% af metanóli útskilst á óbreyttu formi um lungu og nýru. Afgangurinn er brotinn niður í lifur af alkóhól dehýdrógenasa sem hvatar oxun metanóls í formaldehýð og formaldehýð dehýdrógenasa sem hvatar oxun formaldehýðs í maurasýru. Maurasýran brotnar síðan niður í koldíoxíð og vatn. Metanólið sjálft er tiltölulega lítið eitrað og veldur einungis vægum ölvunaráhrifum, eitrunareinkenni metanóleitrunar stafa fyrst of fremst af maurasýrunni. Einkenni metanóleitrunar koma yfirleitt ekki fram fyrr en eftir 12-24 klst eftir inntöku, þ.e. eftir að maurasýra hefur myndast í nægjanlegu magni til að valda eitrun. Einkenni eitrunarinnar eru sljóleiki, sjóntruflanir (getur endað sem varanleg blinda), ógleði, uppköst, kviðverkir, rugl, höfuðverkir, krampar, meðvitundarleysi og svæsin efnaskiptasýring. Meðhöndlun metanóleitrunar byggist á því að leiðrétta efnaskiptasýringuna og að hamla frekara niðurboti metanóls með því að gefa lyfið fómepizól (4-methýlpýrazól) sem er sértækur hamlari á alkóhóldehýdrógenasa eða með því að gefa etanól sem er samkeppnishvarfefni fyrir alkóhóldehýdrógenasa. Þetta lengir helmingunartíma metanóls í 40-80 klst. Í svæsnum tilfellum getur þurft að grípa til blóðskilunar. Gjöf á fólínsýru er talin geta aukið niðurbrot maurasýru í koldíoxíð og vatn. Eitrunarskammtar af metanóli eru mjög einstaklingsbundnir en lífshættulegur skammtur er talinn vera 1-2ml/kg af hreinu metanóli en til eru dæmi um varanlega blindu og dauðsföll eftir mun lægri skammta eða 0,1 ml/kg.

Nokkrir kostir og gallar

Kostir 
 Góð leið til að geyma orku, bæði með tilliti til rúmmáls og massa, í samanburði við vetni.
 Metanól hefur það framyfir vetni að það er hægt að nota bensínvélar með litlum breytingum, en fyrir vetnið þyrfti að smíða allt nýtt.
 Hægt er að blanda metanóli við bensín, rétt eins og etanóli.
 Metanólframleiðendur þurfa ekki að nota fæðuuppskeru og berjast þ.a.l. við matar framleiðslu eins og etanólframleiðendur. 
 Meira magn er hægt að fá af metanóli en etanóli úr lífmassa.
 Metanól sem er framleitt með jarðefnaeldsneyti er ódýrara en etanól.

Gallar 
 Mikill kostnaður við framleiðslu vetnis
 Metanól þarfnast jarðefnaeldsneytis (fræðilega er hægt að nota annað)
 Orkuinnihald 24% minna en í etanóli
 Tærandi, meðal annars fyrir ál og sink, sem er notað í mörgum vélum
 Dregur vatn til sín, sem orsakar að ef metanóli væri blandað í bensín gæti verið erfitt að koma vél í gang.
 Leiðslukerfi flutningabíla og lesta þolir ekki metanól vegna tæringar, en þola hinsvegar etanól.
 Metanól er eitrað.
 Metanól er vökvi, sem eykur hættu á eldsvoða í opnu rými, í samanburði við vetni.
 Metanól bruni er ósýnilegur. Hægt er þó að slökkva í metanóli með vatni. 
 Ef metanól lekur getur það mengað vatnsból

Tilvísanir/Heimildir

Tenglar 
 Methanol Institute Ítarlegri upplýsingar um metanól
 Mannvit hf.
 Íslenska Járnblendifélagið 

Alkóhól