Figura 4 Stena Line está convirtiendo su flota de barcos para que funcionen con metanol con el fin de reducir la contaminación que se produce al quemar fuel-oil, que es especialmente preocupante en el Báltico. El Stella Germanica, aquí en Gotemburgo (Suecia), preparándose para zarpar hacia Kiel (Alemania), fue sometido a extensas pruebas de mar con metanol antes de que se tomara la decisión de convertir otros 20 buques.
Con la amable autorización de Marcusroos (Wikimedia Commons).
(c) Para fabricar combustibles
(i) El proceso MTG
El gas de síntesis puede convertirse en combustibles líquidos. Una forma es utilizar el proceso Mobil MTG (metanol a gasolina).
El metanol se convierte en alcanos e hidrocarburos aromáticos adecuados para la gasolina (hidrocarburos con 5 a 8 átomos de carbono), haciendo pasar el vapor sobre alúmina a unos 600 K. Se produce una mezcla de equilibrio de metanol, éter dimetílico (DME) y vapor, que contiene aproximadamente un 25% de metanol:
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Esta mezcla de gases se hace pasar por un lecho de una zeolita en su forma ácida, HZSM-5, calentada a unos 650 K, para producir la mezcla de hidrocarburos (con 5 a 10 átomos de carbono) que se utilizará como gasolina.
El DME puede utilizarse de otra manera. Aunque es un gas a temperatura ambiente, puede licuarse fácilmente bajo presión y se considera un atractivo combustible alternativo al gasóleo. Los vehículos necesitan un motor de encendido por compresión con un sistema de combustible específicamente desarrollado para funcionar con DME. Ha habido varias demostraciones de vehículos con DME en Europa y Estados Unidos, incluida una en la que un cliente hizo funcionar 10 vehículos durante 750.000 millas. Las normas de emisión de partículas pueden cumplirse sin necesidad de utilizar filtros. Al igual que en los vehículos diésel convencionales, las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) pueden reducirse de la forma habitual con una solución de urea.
El DME también se mezcla con gas licuado de petróleo (GLP) como combustible para uso doméstico. Sin embargo, su uso principal en la actualidad es como propulsor de aerosoles.
La primera planta de MTG se construyó en Nueva Zelanda y ahora se están construyendo nuevas plantas que también responderán a la demanda de metanol y amoníaco, que necesitan gas de síntesis.
Este proceso puede proporcionar una ruta para producir productos químicos a partir de la biomasa. La biomasa se convierte en gas de síntesis, luego en metanol y, por último, en combustibles líquidos.
(ii) Para fabricar oxigenados
Otro uso importante del metanol es la fabricación de éter metílico t-butílico (MTBE) y éter metílico t-amílico (TAME), aditivos de la gasolina para aumentar su octanaje.
Sin embargo, se ha demostrado que el MTBE es un contaminante grave y que cuando se derrama llega a los cursos de agua. Su uso se está eliminando progresivamente en Estados Unidos y en otros países.
Producción anual de metanol
| Mundial | 70 millones de toneladas1,2 |
| Asia | 44 millones de toneladas3 |
| Oriente Medio | 9 millones de toneladas3 |
| Estados Unidos | 2 millones de toneladas4 |
1. M Alvarado, Methanol, 2016, IHS
2. Se espera que se acerque a los 80 millones de toneladas en 2016 y a los 100 millones en 2020
3. Methanol Market Services Asia, 2016. Datos estimados para 2015
4. 2015 Guide to the Business of Chemistry, American Chemistry Council, 2016
En el año 2000, China representaba alrededor del 12% del consumo mundial de metanol, mientras que Norteamérica y Europa consumían el 33% y el 22% respectivamente. En 2015, China consumía el 54% mientras que América del Norte y Europa consumían el 11% y el 10%.
Fabricación de metanol
(a) Producción de gas de síntesis
(i) Métodos tradicionales
El metanol se fabrica a partir de gas de síntesis que es una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno.
La materia prima, en los últimos 40 años o más, ha sido el petróleo o el gas natural. El carbón, sobre todo en China, se está utilizando como materia prima en lugar de gas natural o petróleo.
(ii) Metanol «verde»
Se han producido importantes avances para producir metanol que es en gran medida «verde».
Cualquier biomasa sólida, incluyendo, por ejemplo, los residuos agrícolas, urbanos e industriales, puede utilizarse para producir gas de síntesis utilizando técnicas similares a su producción a partir del carbón.
Entre los desarrollos más recientes se encuentra una planta en los Países Bajos, que utiliza propano-1,2,3-triol líquido (glicerol), un subproducto de la producción de biodiésel, a partir de grasas animales y aceites vegetales, para producir el gas.
Otra ruta «verde» es utilizar el dióxido de carbono residual. Aunque la primera planta de este tipo está vinculada a la energía geotérmica, podría utilizarse para convertir en metanol residuos de dióxido de carbono procedentes, por ejemplo, de hornos de cal y de la fabricación de acero.
(b) Síntesis de metanol
El gas de síntesis se convierte catalíticamente en metanol a temperaturas y presiones elevadas en un reactor de lecho fijo. El catalizador es un gránulo de alúmina recubierto de óxidos de cobre y zinc.
La reacción principal de síntesis del metanol puede escribirse:
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Considerando la energética de las reacciones, se observa que el rendimiento del metanol se ve favorecido por altas presiones y bajas temperaturas. El descubrimiento de un catalizador a base de cobre, activo a 475-575 K, permitió realizar conversiones económicas a 40-100 atm. Una planta, por ejemplo, funciona a 525-575 K y 100 atmósferas. Al final consigue una conversión del 97% de los reactivos.
El mecanismo real de formación del metanol ha sido un área activa de investigación. Mediante el uso de 14CO2 radiactivo se cree que la mayor parte, si no todo, del metanol se deriva a través del CO2.
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Figura 4 El convertidor en el que se produce metanol a partir de gas de síntesis.
Con la amable autorización de Johnson Matthey.