Metanolitalous

Metanolitalous on energian käytön ja jakelun malli, jossa erityisesti liikennepolttoaineiden tuotanto, varastointi ja jakelu keskittyy metanoliin. Metanolin lisäksi metanolitaloudessa voidaan hyödyntää myös metanolin johdannaisia, kuten dimetyylieetteriä. Metanolitalous ei pyri korvaamaan sähkönsiirtoverkkoa eikä rajaa ensisijaisia energialähteitä, vaikka metanolitalouden tarve pohjautuu fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen kestävämmillä energialähteillä. Todennäköisesti lupaavimpia käyttökohteita metanolille ja dimetyylieetterille ovat maantieliikenteessä polttomoottoreilla kulkevat ajoneuvot. Metanoli soveltuu hyvin ottomoottoreissa ja dimetyylieetteri dieselmoottoreissa käytettäväksi.
Metanolitalouden tarve.
Fossiilisten polttoaineiden ehtyminen on herättänyt tiedeyhteisöt, poliitikot ja yritykset pohtimaan fossiilisten liikennepolttoaineiden korvaamista muilla. Esimerkiksi vetytaloutta on esitetty vaihtoehdoksi, mutta vedyn käytössä on tuotantoon, varastointiin ja siirtoon liittyviä kysymyksiä, joita ei kaikkia ole tyydyttävästi ratkaistu. Myös sähköajoneuvojen käyttöön perustuva ratkaisu näyttää epävarmalta ja riittämättömältä. Metanolitalous ratkaisee useimmat vetytalouden pulmista. On myös esitetty booria käytettäväksi korkean energiatiheyden polttoaineena samaan tapaan kuin metanolia metanolitaloudessa, mutta boorin käytössä on yhä ratkaisemattomia ongelmia. Metanoli ja etanoli ovat polttoainekäytössä monissa suhteissa samankaltaisia, mutta metanolin tuotannon helppous ja huokeus tekee siitä erityisen houkuttelevan vaihtoehdon. Bioetanolin korkeat tuotantokustannukset hidastavat sen käyttöönottoa.
Metanolitalouden etuja.
Metanoli yksinkertaisimpana alkoholina on helposti tuotettavissa useilla eri prosesseilla ja eri raaka-aineista. Ylivoimaisesti yleisin metanolin tuotantoon käytetty raaka-aine on maakaasu, jonka muunnoksessa metanoliksi hyötysuhde on korkea. Metanoli on normaalipaineessa ja lämpötilassa neste, jota ei tarvitse kuljetuksessa paineistaa eikä jäähdyttää. Metanolin korkea puristuskestävyys ja palamisen puhtaus tekevät metanolista erinomaisen vaihtoehdon kipinäsytytteisen ottomoottorin polttoaineeksi. Moottoripolttoaineena metanoli myös parantaa ilmanlaatua verrattuna bensiiniin. Metanoli on myös ylivertaisen paloturvallinen verrattuna moottoribensiiniin. Metanoli on muutenkin turvallinen ja ympäristöystävällinen polttoaine. Metanolilla on lukuisia muitakin sovelluksia kuin käyttö liikennepolttoaineena. Etanoliin verrattuna metanolin tuotanto on yksinkertaista, sillä ihmisravinnoksi sopivia kasveja ei tarvita raaka-aineiksi eikä valmistusprosessissa tarvita mikrobeja. Metanoli soveltuu myös sähkön tuotantoon polttokennolla. Biomassasta tuotetun metanolin käyttöä lisäämällä voidaan vähentää kasvihuonekaasupäästöjä. Kuten etanolikin, myös metanoli on luonnollinen ja luonnossa hajoava kemikaali. Vaikka metanoli maaperään joutuessaan voikin saastuttaa pohjavettä, metanoli biohajoavana on bakteerien ravintoa. Metanolin saastuttamaa maaperää onkin menestyksellisesti puhdistettu bakteereilla.
Metanolitalouden ongelmia.
Vaikka liikennepolttoaineiden vakiintuneet käsittelytavat tehokkaasti ehkäisevät polttoainekemikaalien aiheuttamia myrkytyksiä, metanolin käytön ongelma on, että ihmisen hajuaisti ei erota toisistaan etanolia ja sitä huomattavasti myrkyllisempää metanolia. Varsinkin vetyyn mutta myös öljypohjaisiin polttoaineisiin verrattuna metanolin lämpöarvo on matala, ja tästä syystä metanoli ei sovellu erityisen hyvin lentopolttoaineeksi. Juuri tässä suhteessa metanoli on useimpia vaihtoehtoja huonompi. Maantieliikenteessä lämpöarvon merkitys on pienempi, ja siksi metanolin matala lämpöarvo ei aiheuta ongelmaa maantieliikenteessä. Useat ajoneuvoissa yleisesti käytetyt metallit, esimerkiksi alumiini ja sinkki, eivät kestä metanolin syövyttävää vaikutusta, ja ne täytyykin korvata korroosiota kestävillä, kuten ruostumattomalla teräksellä. Kuten useimmat muutkin polttoainekemikaalit, myös metanoli saastuttaa maahan valuessaan. Metanoli veteen täysin liukenevana siirtyy helposti veden mukana.
Metanolitalouden toteutettavuus.
Metanolitalouden toteutettavuudessa ei ole erityisiä ratkaisemattomia ongelmia. Metanoli on erinomainen moottoripolttoaine. Suomessa ryhdyttiin valmistelemaan siirtymistä metanolin käyttöön jo vuonna 1943. Metanolin varastointi ja kuljetus nestesäiliöissä on verrattavissa dieselöljyn tai bensiinin vastaavaan. Metanolia on käytetty hyvällä menestyksellä ajoneuvojen polttoaineena sekä puhtaana että bensiiniin sekoitettuna. Jakeluverkosto on toteutettavissa samoin kuin muille nestepolttoaineille. Kaliforniassa 15 vuotta kestänyt koe metanolikäyttöisillä autoilla osoitti metanolin käyttökelpoisuuden tieliikenteessä. Metanolia valmistetaan tavallisesti maakaasusta, mutta fossiilisten polttoaineiden hinnan noustessa myös biomassan jalostus metanoliksi muuttuu kannattavaksi. Robert Zubrinin mukaan maakaasusta valmistettu metanoli on jo nyt taloudellisesti kilpailukykyinen polttoaine. Kiina on muita edellä metanolin hyödyntämisessä liikennepolttoaineena. Intiassa on havahduttu metanolitalouden mahdollisuuksiin maan energiaomavaraisuuden parantajana. Metanolipolttoaineen vaikutuksia ilmanlaatuun pidetään merkittävinä. Metanolin suosio on kasvanut myös muualla maailmassa. Metanolilla käyvän ottomoottorin pakokaasujen haitallisimmat yhdisteet ovat formaldehydi ja hiilimonoksidi, mutta niihin tehoava katalysaattoritekniikka on jo kehitetty. Metanolin ja ilman seos kestää bensiiniseosta paremmin puristusta ja jo pelkästään korkeamman puristussuhteen avulla metanolikäyttöisen ottomoottorin hyötysuhde saadaan korkeammaksi kuin bensiinikäyttöisen. Ottomoottorin hyötysuhdetta voidaan kohottaa myös pakokaasun takaisinkierrätyksen avulla, kun takaisinkierrätystä käytetään ottomoottorissa osittain tai kokonaan tavanomaisen virtauksen rajoituksen sijasta. Metanolipolttoaineella pakokaasun takaisinkierrätys onnistuu paremmin kuin bensiinillä. Metanolin rinnalle dieselmoottorien polttoaineeksi on ajateltu dimetyylieetteriä, joka on monissa suhteissa parempi dieselpolttoaine kuin dieselöljy. Dimetyylieetteriä voidaan valmistaa metanolista. Parempaan valmistuksen hyötysuhteeseen päästään erillisessä tuotantoprosessissa. Euroopassa metanolin käyttöä moottoripolttoaineena jarruttaa lähinnä eurooppalainen lainsäädäntö. Yhdysvalloissa on katsottu, että flex-fuel-idean mukaisen monipolttoainestandardin käyttöönotto nopeuttaisi metanolin ja myös muiden alkoholipolttoaineiden yleistymistä. Vaikka metanoli ja dimetyylieetteri eivät sovellukaan erityisen hyvin lentopolttoaineiksi, paremmin tarkoitukseen sopivia hiilivetypolttoaineita voidaan tuottaa metanolista.
Ensisijaisen energialähteen tarve.
Kuten vetytaloudessa vety, myös metanolitaloudessa metanoli on energiansiirron väline, samaan tapaan kuin sähköverkko on energiansiirron väline eikä varsinainen energianlähde. Jos metanolia valmistetaan maakaasusta, kivihiilestä tai biomassasta, pääosa tai kaikki valmistukseen tarvittava energia otetaan suoraan lähtöraaka-aineesta. Esimerkiksi Suomella on hyvät edellytykset tuottaa metanolia ja dimetyylieetteriä puusta. Kiina tuottaa tarvitsemansa metanolin pääasiassa kivihiilestä. Jatkossa voidaan olettaa, että fossiiliset raaka-aineet ja biomassa eivät riitä metanolitalouden ylläpitoon, vaan metanolia ryhdytään syntetisoimaan hiilidioksidista ja vedystä jonkin erillisen ja ensisijaisen energialähteen avulla. Tarvittava vety voidaan tuottaa esimerkiksi korkean lämpötilan elektrolyysissä. Tällöin kestävien energialähteiden merkitys korostuu. Vaihtoehdoiksi voivat tulla ydinfissio, ydinfuusio, aurinkoenergia, vesivoima, tuulivoima ja aaltovoima. Metanolin tuottamista katalyyttisesti hiilidioksidista suoraan auringonvalolla on jo kokeiltu menestyksellisesti, ja menetelmä on skaalattavissa laajaan tuotantoon. Primäärienergian tuotannon vaihtoehdot eivät kuitenkaan ole erityisesti metanolitalouden ongelmia, vaan sellaisia energiatalouden kysymyksiä, jotka on ratkaistava metanolitalouden mahdollisesta käyttöönotosta riippumatta.
Biometanoli tarkoittaa biomassasta valmistettua metanolia. Biometanolin valmistukseen ei tarvitse käyttää ravinnoksi kelpaavia kasveja tai kasvien osia.
Kannattajia.
Metanolitalouden puolesta ovat puhuneet ja kirjoittaneet ainakin Nobel-palkittu kemisti George A. Olah, Alain Goeppert, G. K. Surya Prakash, Roberta J. Nichols ja ydinvoima- ja avaruustekniikan alalla ansioitunut Robert Zubrin.