Кіріспе

Метанол отыны – ішкі жану және басқа да қозғалтқыштарда бензинмен қосылып немесе жеке қолданылатын балама биоотын. Метанол (CH3OH) этанолға қарағанда тұрақты түрде өндіруге арзан, бірақ этанолдан гөрі улырақ және бензинге қарағанда энергия тығыздығы төмен. Метанол бензинге қарағанда қоршаған орта үшін қауіпсіз, тоңға қарсы зат, қозғалтқыштағы кір мен майдың жиналуын болдырмайды, тұтану температурасы жоғары және өте жоғары октанды бензинге тең қуат береді. Оны көптеген заманауи қозғалтқыштарда қолдануға болады. Будың пайда болуын болдырмау үшін, себебі ол қарапайым, таза отын, басқа отынның немесе белгілі бір қоспалардың шағын пайызын қосуға болады. Метанол қазба отындарынан немесе жаңаруға жарамды ресурстардан, атап айтқанда табиғи газ бен көмірден немесе биомассадан жасалуы мүмкін. Соңғы жағдайда, ол CO (көмірқышқыл газы) және сутектен синтезделеді. Бүкіл әлемде өндірілетін метанолдың басым бөлігі қазіргі уақытта газ бен көмірден жасалады. Метанол отынын көптеген елдерде жарыс машиналарын жүргізуде пайдаланады және теңіз тасымалында оның қолданылуы артып келеді. 2022 жылы әлемдік биометанол нарығы шамамен 120 миллион АҚШ долларын құрады. Оның көп бөлігі қазіргі уақытта биомассадан жасалады. Биометанол өндіруге және зерттеуге үлкен инвестициялар жасаған компаниялардың қатарында Enerkem, Södra, Methanex, Alberta Pacific және BASF компаниялары бар.

Тарих және өндіріс

1973 жылғы мұнай дағдарысы кезінде көмірден өндірілген метанолды бензиннің орнына отын ретінде пайдалану ұсынылды. 2005 жылы Джордж А. Олах синтетикалық жолмен өндірілген метанолда энергия сақтау негізінде "метанол экономикасын" ұсынды. Көптеген елдерде метанол қазіргі уақытта метанды (табиғи газдың басты құрауышы) бумен қайта өңдеу арқылы алынған синтетикалық газдан өндіріледі. 2014 жылы әлемдегі метанолдың 60%-ын өндірген Қытайда метанол негізінен көмірден жасалады. Дегенмен, экологиялық таза отын ретінде тиімді болу үшін оны жаңартылатын шикізаттан өндіру қажет, олардың ішіндегі ең маңыздысы – биомасса. Биомассадан өндірілген метанолды кейде биометанол деп атайды. Көмірқышқыл газын шикізат ретінде пайдаланатын өндіріс әдістері де ұсынылған. Бұл әдіс жоғары температура мен қысымда мыс негізіндегі катализатордың қатысуымен көмірқышқыл газын сутегі газымен реакцияға түсіруді қамтиды. Бұл тәсілдің басты кемшілігі – қажетті үлкен көлемде және жоғары тазалықта көмірқышқыл газы мен сутегі газын бөліп алудың қиындығы. Көмірқышқыл газын тікелей ауадан алу әзірленуде, бірақ қазірге дейін ірі масштабта коммерциялық өндіріске енгізілмеген. Исландиялық-американдық Carbon Recycling International компаниясы 2011 жылы көмірқышқыл газын шикізат ретінде пайдалана отырып, әлемдегі алғашқы коммерциялық жаңартылатын метанол зауытын аяқтады.

Жарыс

Таза метанолды қолдану қағида бойынша талап етіледі, яғни IndyCar, Monster Trucks, USAC sprint машиналары (сондай-ақ midgets, modifieds және т.б.), сонымен қатар World of Outlaws, Motorcycle Speedway сияқты топырақ трассалары серияларында қолданылады, себебі жарыс кезінде апат болған жағдайда метанол түтіннің мөлдірсіз бұлтын жасамайды. 1940 жылдардың соңынан бері метанол радиобақылау, басқару желісі және еркін ұшу модельді ұшақтарының (төменде қараңыз), автомобильдер мен жүк көліктерінің қозғалтқыштарында негізгі отын компоненті ретінде қолданылады; мұндай қозғалтқыштарда метанол буын катализдік реакция арқылы тұтандыратын платина спиралі бар қыздырғыш қолданылады. Drag racers, mud racers және ауыр түрлендірілген трактор тартқыштары да метанолды негізгі отын көзі ретінде пайдаланады. Top Alcohol Dragster-де суперзарядталған қозғалтқышпен бірге метанол қажет, және 2006 жылғы маусым соңына дейін Indianapolis 500-дегі барлық көліктер метанолда жүруге міндетті болды. Mud racers үшін отын ретінде қолданылғанда, бензин және азот оксидімен араласқан метанол, бензин мен азот оксидінен гөрі көп қуат береді. 1965 жылдан бастап таза метанол USAC Indy car жарыстарында кеңінен қолданыла бастады, сол кезде Indianapolis 500 жарысы да осы жарысқа кірді. АҚШ-та метанол отынын қабылдаудың басты себебі қауіпсіздік болды. Петрол өрттерінен өзгеше, метанол өртін қарапайым сумен сөндіруге болады. Метанолға негізделген өрт көзге көрінбей жанады, бензиннен өзгеше, ол көзге көрінетін жалынмен жанады. Жарыс жолында өрт болған жағдайда, жылдам жақындап келе жатқан жүргізушілердің көруіне кедерілмес үшін от пен түтін болмайды, бірақ бұл өртті визуалды түрде анықтауды және өрт сөндіруді кешіктіруі мүмкін. 1964 жылғы Indianapolis 500 жарысының екінші айналымында болған жеті көліктің соқтығысуы USAC-тің метанолды қолдануға ұсыну және кейіннен міндеттеу туралы шешім қабылдауына себеп болды. Эдди Сакс және Дэйв Макдональд апат кезінде бензинмен жұмыс істейтін көліктерінің жарылуынан қаза тапты. Бензиннен туған өрт қауіпті, қою қара түтін бұлтын жасады, ол қарсы келе жатқан көліктерге жолды толығымен жапты. Осы жарысқа қатысқан басқа жүргізушілердің бірі Джонни Ратерфорд метанолда жұмыс істейтін көлікпен жүрді, ол да соқтығысудан кейін ағып кетті. Бұл көлік алғашқы жарылыстан зардап шеккенімен, бензинмен жұмыс істейтін көліктерге қарағанда әлдеқайда кішкентай өрт тудырды және көзге көрінбей жанды. Бұл куәлік және "The Indianapolis Star" газетінің жазушысы Джордж Мурдың қысымы 1965 жылы спирт отынына көшуге әкелді. CART контуры метанолды өзінің барлық жарыс кезеңінде (1979–2007) пайдаланды. Оны көптеген қысқа трасса ұйымдары, әсіресе midgets, sprint машиналары және speedway велосипедтері де пайдаланады. IRL 1996 жылдан 2006 жылға дейін таза метанолды пайдаланды. 2006 жылы этанол өнеркәсібімен серіктестік құрып, IRL отын ретінде 10% этанол және 90% метанол қоспасын пайдаланды. 2007 жылдан бастап IRL "таза" этанолға, E100-ге көшті. Метанол отыны drag racing-те де кеңінен қолданылады, әсіресе Top Alcohol санатында, ал Top Fuel кластарында нитрометанмен қоса 10%-дан 20%-ға дейін метанол қолданылуы мүмкін. Formula One жарыстары әлі де бензинді отын ретінде пайдаланады, бірақ соғысқа дейінгі Гран-при жарыстарында отынға метанол жиі қолданылды.

Теңіз көлігі

2020 жылы Халықаралық теңіз ұйымы теңіз және кеме қатынасы салаларында метанолды отын ретінде қолданудың дұрыс тәсілдері мен талаптарын бекіткен MSC.1/Circular.1621 қабылдады, оның мақсаты – теңіз және кеме индустрияларында оның қолданылуының артуына жауап беру болды. 2023 жылға қарай Maersk, COSCO Shipping, CMA CGM сияқты индустрияның жетекші ойыншылары шамамен 100 метанолмен жұмыс істейтін кемеге тапсырыс берді. Бұл кемелердің көпшілігі екі түрлі отынды қолдана алатын қозғалтқыштармен жабдықталған, яғни олар бункерлік отын мен метанолды да өртей алады. Метанолды отын ретінде пайдаланудағы қазіргі күрделі мәселелер – құны, қолжетімділігі және эмиссиялық регламенттер. Мұнай баржасын метанолға ауыстыруға шамамен 1,6 миллион доллар жұмсалады. Жасыл метанолдың (биомасса сияқты көміртегінің мөлшері нөлге немесе теріске қарай болатын ресурстардан өндірілетін) қолжетімділігі қазіргі уақытта шектеулі және оның құны бункерлік отыннан шамамен екі есе жоғары. Дегенмен, жаңаруға жарамды метанол өндірісін үдету әлемдік деңгейде маңызды қиындық емес деп есептеледі, көптеген сарапшылар метанол кемелеріне тапсырыс беру жалғасқанда өндіріс табиғи түрде өседі деп болжайды. Оның пештері мен баллондарына реттегіштер мен құбырлар қажет емес. Бірақ 10 мл жұтса, соқыр болуы мүмкін, ал 60–100 мл емделмесе өлімге әкелуі мүмкін. Метанол, этанол және бензин сияқты, ұшпалы химиялық заттардың бірі ретінде, үлкен мөлшерде әсер еткен жағдайда теріге, көзге және өкпеге зиян келтіруі мүмкін. Мұндай үлкен мөлшерде метанолға ұзақ уақыт бойы тоқтаусыз әсер еткен адамдарда, емдемесе, метанолдан уланудың салдарына ұқсас, ұзақ мерзімді жүйелік денсаулық проблемалары пайда болуы мүмкін. АҚШ-та ауадағы рұқсат етілген ең жоғары концентрация (40 сағат/апта) этанол үшін 1900 мг/м3, бензин үшін 900 мг/м3 және метанол үшін 1260 мг/м3 құрайды. Алайда, метанол бензинге қарағанда аз ұшпалы, сондықтан оның булану деңгейі төмендеу, демек, ластану қаупі де азайды. Метанолдың әсер ету жолдары шамалы өзгеше болғанымен, оның зияндылығы бензол немесе бензиннен кем емес, ал метанолдан улануды емдеу олардан гөрі оңай. Бір маңызды мәселе – метанолдан улануды толық жазылу үшін симптомдар пайда болмай тұрып емдеу қажеттігі. Оның ерекше иісі ингаляциялық қауіпті азайтады. 2000 ppm (0,2%) жоғары концентрацияда оны оңай байқауға болады, бірақ төмен концентрацияда оны сезбеуі мүмкін, бірақ ол ұзақ уақыт бойы әсер еткенде де зиянды болуы мүмкін және өрт немесе жарылыс қаупін тудыруы мүмкін. Бұл бензин мен этанолға ұқсас; метанол үшін стандартты қауіпсіздік ережелері бар және олар бензин мен этанолға ұқсас. Метанол отынын пайдалану бензол және 1,3-бутадиен сияқты кейбір көмірсутектерге байланысты зиянды заттардың шығарындыларын азайтады және отын төгілген кезде туындайтын жер асты суларының ұзақ мерзімді ластануын күрт азайтады. Бензол отындарынан айырмашылығы, метанол жеткілікті мөлшерде сұйылтылған жағдайда қоршаған ортаға ұзақ мерзімді зиян келтірмейтін, тез және зиянсыз ыдырайды.

Өрт қауіпсіздігі

Метанолды бензинге қарағанда жағу әлдеқайда қиын, және ол шамамен 60%-ға баяу жанады. Метанол оты бензин отына қарағанда 20% шамасында энергия бөліп шығарады, нәтижесінде жалын салқынырақ болады. Бұл оттың қауіптілігін азайтады және тиісті процедураларды сақтап оны бақылауды жеңілдетеді. Бензин отынан айырмашылығы, метанол отын сөндіру үшін су қолдануға болады, тіпті ол артықшылықты болып табылады, себебі су отты салқындатады және отынды өзін-өзі тұтандыру деңгейінен төмендетеді. Осы фактілер метанолдың көлік құралы отыны ретінде бензинге қарағанда қауіпсіздік артықшылықтарына ие екенін көрсетеді. Этанол да осы артықшылықтардың көп бөлігіне ие. Метанол буы ауадан ауыр болғандықтан, жақсы желдетілмесе, ол жерге жақын немесе шұңқырда қалуы мүмкін. Егер ауадағы метанол концентрациясы 6,7%-дан жоғары болса, ол ұшқыннан тұтанады және 54°F / 12°C-ден жоғары температурада жарылуы мүмкін. Жалын алған кезде, сұйылтылмаған метанол оты өте аз көрінетін жарық шығарады, бұл күндізгі жарықта отты көруді немесе оның мөлшерін бағалауды қиын етеді. Алайда, көп жағдайда оттағы ластанушы заттар немесе жанғыш материалдар (мысалы, шиналар немесе асфальт) отты бояп, оның көрінуін жақсартады. Этанол, табиғи газ, сутек және басқа да қолданыстағы отындар да ұқсас өрт қауіпсіздігі мәселелерін тудырады, сондықтан барлық отындар үшін стандартты қауіпсіздік және өрт сөндіру процедуралары бар. Апаттан кейінгі экологиялық зиянды азайтуға төмен концентрациядағы метанолдың биоразлаган қабілеті, аз уыттылығы және қоршаған ортада тұрақсыздығы көмектеседі. Өрттен кейінгі тазалау көбінесе төгілген метанолды сұйыту үшін үлкен мөлшерде су қолдануды, содан кейін сұйықтықты сору немесе сіңіру арқылы қалпына келтіруді қажет етеді. Қоршаған ортаға кездейсоқ түскен метанолдың ұзақ мерзімді әсері аз болады, және жеткілікті мөлшерде сұйытылған жағдайда, уыттылығының салдары аз немесе мүлдем болмай, тез биоразлаганады. Метанолдың бензинмен араласуы, бензиннің өзінен 30-35% көбірек уақытқа созылуына себеп болуы мүмкін.

Қолдану

2019 жылы шамамен 100 миллион тонна метанол, негізінен химия өнімдері үшін қолданылды.

Америка Құрама Штаттары

Калифорния штаты 1980 жылдан 1990 жылға дейін эксперименттік бағдарлама жүргізді, ол кез келген адамға бензиндік көлікті 85% метанолға, ал қалған 15% құрамын өз таңдауымен қоспалармен түрлендіруге мүмкіндік берді. 500-ден астам көлік жоғары қысыммен және 85/15 метанол-этанол қоспасын пайдалануға арналған күйге келтірілді. 1982 жылы «Үш үлкен» компанияның әрқайсысына мемлекет сатып алуға ниеттенген 5000 көліктің жобасын жасау және келісімшарт жасау үшін 5 миллион доллардан берілді. Бұл төмен қысымды икемді отынды көліктердің алғашқы мысалы болды. 2005 жылы Калифорнияның губернаторы Арнольд Шварценеггер метанол қолдануын тоқтатып, жүгері өндірушілердің этанол қолдануын кеңейтуге қосылды. 2007 жылы этанолдың бағасы галонға 3-4 доллар (литріне 0,8-1,05 доллар) болса, табиғи газдан алынған метанолдың бағасы галонға 47 цент (литріне 12,5 цент) құрады, бірақ бұл баға жанармай құю станцияларында емес, көтерме саудада көрсетілген. Қазіргі таңда Калифорнияда метанолмен жанармай құятын ең бірде-бір жанармай станциясы жұмыс істемейді. Конгресске Репрезентант Элиот Энгель [D-NY17] «Ашық отын стандарты» заң жобасын енгізді: «Автомобиль өндірушілер АҚШ-та өндірілетін немесе сатылатын автомобильдердің кемінде 80 пайызы 85% этанол, 85% метанол немесе биодизель қосылған отын қоспасымен жұмыс істеуін қамтамасыз етуге міндетті болсын».

Еуропалық Одақ

2009 жылы қабылданған жанар май сапасы жөніндегі директиваға түзетулер енгізіліп, бензинге көлем бойынша 3%-ға дейін метанол қосуға рұқсат берілді.

Бразилия

Бразилияда 1989-1992 жылдар аралығында ғалымдар тобы бензинге белгілі бір мөлшерде метанол қосып, сынақ жүргізгеннен кейін, бензинге айтарлықтай пайызбен метанол қосу жобасы іске асырылуға жақын келді. Сан-Паулу қаласында кең ауқымды пилоттық тәжірибе жүргізуге қала әкімі соңғы сәтте вето қойды, себебі жанармай құю станцияларындағы қызметкерлердің денсаулығына қатысты алаңдаушылық туды, олар қауіпсіздік шараларын сақтамайды деп күтілді. 2006 жылға дейін бұл идея қайта көтерілген жоқ.

Үндістан

2018 жылдың 3 тамызында Үндістанның орталық жоспарлау институты Нити Айог, мүмкіндігі болса, жолаушылар көліктері 15% метанол қосылған бензинмен жүретінін хабарлады. Қазіргі уақытта Үндістандағы көліктерде 10%-ға дейін этанол қосылған отын қолданылады. Егер үкімет мақұлдаса, бұл ай сайынғы жанармай шығындарын 10%-ға төмендетуге мүмкіндік береді. 2021 жылы этанолдың бір литрі 60 рупий тұрды, ал метанолдың бір литрі 25 рупийден де арзан бағаланған.