Methanol Kraftstoff

Methanol

s

Methanol, auch Methylalkohol, Karbinol oder Holzgeist ist der einfachste Alkohol, der Alkohol des Methans mit der Summenformel CH<subscript>3<subscript>OH. In der Natur kommt es in Baumwollpflanzen, Heracleum-Fruechten, Graesern und in aetherischen oelen vor. Es ist ein primaerer, einwertiger Alkohol.

Geschichte

Schon in der Antike benutzten die aegypter zur Balsamierung ihrer Toten ein Substanzgemisch, welches unter anderem Methanol enthielt. Reines Methanol wurde erstmals von Robert Boyle 1661 durch trockene Destillation (= Erhitzen unter Luftabschluss) von Holz hergestellt. 1834 wurde schliesslich die elementare Zusammensetzung von Methanol von den franzoesischen Chemikern Jean-Baptiste Dumas und Eugene Peligot geklaert. Sie gaben der Substanz den Namen "methylene". Methylene ist eine Zusammensetzung aus den griechischen Worten Methu (Wein) und hyle (Holz). 1923 entwickelte Matthias Pier für die BASF einen Prozess, um aus Kohle und Wasserstoff Methanol zu synthetisieren. Dieser Prozess basierte auf einem Zink-Chrom-Katalysator, extrem hohen Drücken und Temperaturen. In modernen Methanolsynthesen werden effizientere Katalysatoren eingesetzt, die die Verwendung von moderateren Temperaturen und Drücken erlauben.

Eigenschaften

Methanol ist eine farblose, brennend schmeckende, giftige, bei Einnahme durch den Menschen zur Erblindung oder zum Tod fuehrende, leicht brennbare und sehr fluechtige Flüssigkeit. Auf Grund der polaren Hydroxylgruppe lässt sich Methanol mit Wasser in jedem Verhältnis mischen. Methanol verbrennt mit blauer, fast unsichtbarer Flamme und bildet mit Luft explosionsfaehige Gemische.

2 CH3OH + 3 O22 CO2 + 4 H2O

• Flammpunkt: 11 °C
• Brechzahl: 1,3288
• Loeslichkeit: in Wasser, Ethanol, Ether loeslich, loest auch viele Mineralsalze
• Explosionsgrenze: 6 - 36,5 Vol.-%

Giftigkeit

Methanol ist giftig. Seine giftige Wirkung beruht auf der in der Leber erfolgenden Oxidation zu Formaldehyd und später zu Ameisensaeure. Formaldehyd führt dabei zu einer Schaedigungen des Zentralnervensystems. Neben den Nerven (insbesondere des Sehnerves) werden Nieren, Herz, Leber ebenfalls geschaedigt. Ameisensaeure führt zu einer drastischen Senkung des pH-Wertes des Blutes und macht damit den Sauerstofftransport unmoeglich. Leichte Vergiftungssymptome sind Bauchkraempfe, Kopfschmerzen, Schwindelgefuehl, uebelkeit und Schwaecheanfaelle. Schwere Vergiftungssymptome sind Sehstoerungen, Atemnot, Bewusstlosigkeit und schliesslich der Tod. Die letale Dosis liegt bei etwa 5 bis 50 g. Methanol kann dabei durch Einatmen, Einnahme oder durch Absorption über die Haut in den Koerper gelangen. Setzt man sich laengere Zeit ohne Hautschutz Methanol aus, kann sich mit der Zeit eine gefaehrliche Menge Methanol im Koerper anreichern. Methanolvergiftungen lassen sich, wenn sie fruehzeitig erkannt werden, gut behandeln, da die Giftwirkung erst nach einigen Stunden eintritt und effiziente Gegengifte verabreicht werden können. Eine Behandlungsmoeglichkeit ist die mehrfache Injektion, bzw. Einnahme einer fast toxischen Menge von Ethanol, welches zuerst von der Leber abgebaut wird. Das Ethanol verzoegert damit die gefaehrliche Oxidation von Methanol so lange, bis das Methanol vom Koerper ausgeschwemmt wird. Eine weitere Sofortmassnahme ist das reichliche Nachtrinken von viel Wasser.

Als Kraftstoff

Methanol kann in mindestens vier verschiedenen Varianten als Kraftstoff eingesetzt werden:

• In einer elektrischen Brennstoffzelle
• Durch direkte Verbrennung von Methanol. Durch die alkoholische Funktion und damit eine Teiloxidation des Kohlenstoffes ist der Brennwert etwas geringer als bei nichtoxidierten Kohlenwasserstoffen. Methanol (CH4O beziehungsweise formal CH3OH) setzt bei der Verbrennung ca. 725 kJ (Heat of Combustion) [link] Energie je Mol und damit gebildetem CO2 frei, wärend Methan (CH4) je Mol und damit freigesetztem CO2 890 kJ [link] Energie freisetzt. Methanol weist gegenüber Erdgas den Vorteil auf, dass es als Flüssigkeit gut speicherfaehig und transportabel ist. Ferner kann es in DMFC-Brennstoffzellen direkt in elektrische Energie umgesetzt werden. Im Motorsport wird es unter anderem als Treibstoff für Motoren in Dragster-Rennen eingesetzt.
• Durch Veresterung von Methanol mit Rapsöl wird Biodiesel gewonnen. Methanol wird einerseits als Zusatz zu Vergaserkraftstoffen benutzt, um die Klopffestigkeit zu erhoehen, kann aber auch direkt als Kraftstoff genutzt werden. Frueher wurde es auch als Raketentreibstoff verwendet. Heute ist es als chemischer Traeger von Wasserstoff für Brennstoffzellen von wissenschaftlichem Interesse.
• Durch Umsetzung von Methanol an Zeolith-Katalysatoren zur Totalsynthese hochoktaniger Kraftstoffe. Durch das MTG-Verfahren (Methanol to Gasoline) kann Erdgas über das Zwischenprodukt Methanol zu hochoktanigen Kraftstoffen umgesetzt werden. Eine Pilotanlage mit einer Produktionsleistung von 1.700 t Kraftstoff pro Tag wurde bereits von Total in Neuseeland errichtet. Zusammen mit dem MTO (Methanol to Olefines) und dem MTA (Methanol to Aromats) Verfahren sowie dem Shell Gas-to-Liquids (GtL) Prozess stehen viele wichtige petrochemische Grundstoffe auf synthetischem Weg aus mittelfristig unkritischeren Rohstoffen wie Erdgas und Kohle zur Verfuegung. Erste Produkte der vollsynthetischen Produktion von hochwertigen Kraftstoffen sind unter anderem unter Markennamen wie "V-Power" und "Ultimate" an der Zapfsäule erhältlich.

In der Chemie

Methanol ist eines der wichtigsten Ausgangsstoffe für Synthesen in der chemischen Industrie. Es wird vor allem für folgende Produkte bzw. Reaktionen verwendet (nach der eingesetzten Menge geordnet):

• Herstellung von MTBE aus Methanol und Isobuten für Ottokraftstoffe:

• Oxidation mit Sauerstoff zu Formaldehyd, aus dem duroplastischen Kunststoffen hergestellt werden:

• Essigsaeure-Herstellung aus Methanol und Kohlenmonoxid:

• Umsetzung mit Carbonsaeuren zu von Methylestern wie z.B. Essigsaeuremethylester
• Herstellung von Chlormethanen
• Herstellung von Methylmethacrylat, dem Monomer von Acrylglas
• Herstellung von Methylethern
• Herstellung von Methylaminen. Methylamine sind ein wichtiges Vorprodukt für Farbstoffe, Medikamente und Pflanzenschutzmittel.

Sonstige Anwendungen

Methanol wird in Erdoelleitungen als Frostschutzmittel eingesetzt. Herstellung von Biodiesel

Herstellung

Historisch wurde Methanol schon im 17. Jahrhundert durch trockene Destillation (= Erhitzen unter Luftabschluss, Pyrolyse) von Holz gewonnen. Im Holzdestillat befanden sich etwa 1,5 - 3 % Methanol, 10 % Essigsaeure, 0,5 % Aceton, Essigsaeuremethylester, Acetaldehyd, Holzteer und im Gasgemisch Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Ethen. Heutzutage wird Methanol grosstechnisch aus Synthesegas hergestellt. Als Nebenprodukte fallen Ethanol und Dimethylether an.

CO + 2H2CH3OH (P = 50 bis 100 bar;T = 500 K)

Methanol wird mit Borax vermischt und angezuendet. Dabei entsteht Trimethylborat, das mit gruener Flamme verbrennt. Bei der gleichen Reaktion mit Ethanol entsteht eine blaue Flamme!