Il metanolo, noto anche come alcol metilico, è un alcol semplice con formula chimica CH3OH. È un liquido incolore e infiammabile con un odore leggermente dolce. Il metanolo è l’alcol più semplice ed è l’alcol più prodotto al mondo.
Il metanolo è utilizzato come combustibile, solvente e elemento costitutivo di molti altri prodotti chimici ed è anche una fonte di energia rinnovabile.
Sommario
1. Utilizzo del metanolo per sintesi chimiche
Circa il 70% della produzione globale di metanolo viene utilizzata come materia prima in varie sintesi chimiche. Le applicazioni più importanti del metanolo sono formaldeide, metil terz-butil etere (MTBE), acido acetico, dimetil etere (DME), propene, metil metacrilato e dimetil tereftalato.
Il metanolo viene inoltre sempre più utilizzato per scopi energetici e di carburante, direttamente o come materiale precursore, soprattutto nelle economie emergenti.
La formaldeide è il prodotto più importante ricavato dal metanolo. Nel 2011, circa il 28% della produzione globale di metanolo è stata utilizzata per produrre formaldeide. Sebbene la produzione di formaldeide abbia continuato a crescere negli ultimi anni, la sua quota di consumo di metanolo è diminuita a causa della crescita più rapida in altri settori, come le applicazioni di propene e carburante.
La formaldeide si ricava dal metanolo ossidandolo con l’ossigeno atmosferico. Il processo specifico utilizzato dipende dalla temperatura e dal tipo di catalizzatore impiegato.
Il metil terz-butil etere (MTBE) viene prodotto dalla reazione del metanolo con l’isobutene utilizzando scambiatori di ioni acidi. Questo è un eccellente potenziatore di ottano e ha guadagnato importanza con l’introduzione di gradi di benzina senza piombo e una maggiore consapevolezza del potenziale danno associato ai componenti aromatici ad alto numero di ottano negli ultimi decenni.
A causa di problemi di sicurezza, come il rilascio di MTBE da serbatoi di stoccaggio ad alta pressione di vapore, questo prodotto ha incontrato resistenza, in particolare nei paesi occidentali negli ultimi anni. Di conseguenza, il consumo di metanolo per la produzione di MTBE è diminuito dal 27% nel 1996 a un misero 11% nel 2011 e c’è uno spostamento dell’interesse commerciale verso l’etil terz-butil etere (ETBE) come sostituto dell’MTBE.
Si prevede che la produzione complessiva di MTBE aumenterà di nuovo a causa dell’aumento dell’utilizzo e delle capacità di produzione nelle economie emergenti, come l’Asia e il Medio Oriente.
L’acido acetico rappresenta l’11% dell’uso di metanolo, con tassi di crescita annui stimati del 4% fino al 2013. L’acido acetico viene sintetizzato dalla carbonilazione del metanolo con monossido di carbonio in fase liquida utilizzando catalizzatori omogenei, tra cui cobalto-iodio, rodio-iodio o nichel-iodio.
Il vecchio processo BASF funziona a 65 MPa, mentre i processi più moderni, come il processo Monsanto, funzionano a 5 MPa. Regolando le condizioni operative, la sintesi può anche essere modificata per produrre anidride acetica o acetato di metile.
Il metanolo viene impiegato in vari processi per produrre benzina, olefine, propene e composti aromatici come combustibili alternativi. Questi sviluppi sono emersi come risposta alla crisi petrolifera e comportano la conversione del gas di sintesi in carburanti utilizzando il metanolo come intermedio.
Un processo degno di nota è la sintesi del metanolo in benzina (MTG), con il governo neozelandese e Mobil che gestiscono un impianto che produce 4.500 t/giorno di metanolo dal gas naturale, convertendolo successivamente in 1.700 t/giorno di benzina.
Altri percorsi di sintesi significativi includono i processi metanolo-olefine (MTO), metanolo-propene (MTP) e metanolo-composti aromatici (MTA). Le prime due tecnologie sono state impiegate con successo negli ultimi anni.
I primi impianti DMTO (DICP metanolo-a-olefine, Shenhua Baotou) e MTP (Lurgi) sono stati commissionati nel 2010/2011, consumando 3 milioni di tonnellate di metanolo nel 2011. Questa via di sintesi alternativa in Cina consente la produzione di propene-polipropilene a partire dal carbone come unica fonte di carbonio.
Il dimetiletere (DME) è emerso come alternativa ai clorofluorocarburi. È un propellente migliore per gli spray rispetto alle miscele propano-butano con la sua maggiore polarità e il potere solubilizzante superiore per i prodotti spray.
Il DME è utilizzato come solvente, intermedio organico e negli adesivi. Rappresenta circa il 7% del consumo di metanolo. Quando integrato con impianti di metanolo convenzionali su larga scala, il processo di produzione del DME trae vantaggio dall’efficienza operativa, con conseguenti capacità di produzione del DME superiori a 3.000 tonnellate al giorno.
Il metanolo è il precursore di vari altri composti organici, tra cui acido formico, esteri metilici di acidi organici, esteri metilici di acidi inorganici, metilammina, trimetilfosfina, metossido di sodio, alogenuri metilici ed etilene, ognuno dei quali serve a scopi industriali specifici, come solventi, monomeri, catalizzatori e intermedi organici.
2. Usi del metanolo come fonte di energia
Il metanolo è un’alternativa promettente ai combustibili derivati dal petrolio, soprattutto perché il carbone sta assumendo sempre più importanza nelle economie emergenti. La sintesi carbone-metanolo e Fischer-Tropsch sono le vie di utilizzo chimico più promettenti per il carbone.
Il metanolo, insieme a prodotti a valle come MTBE, DME o benzina MTG, può fornire preziose fonti di energia e combustibile. Alcuni immaginano un'”economia del metanolo” basata sul metanolo derivato da diverse fonti, tra cui carbone, residui, biogas, CO2 o altre fonti di carbonio, in grado di soddisfare l’intero spettro di requisiti per le future applicazioni di trasporto ed energia.
2.1. Metanolo come carburante per motori a ciclo Otto
Il metanolo è stato considerato un carburante per motori sin dagli anni ’20, principalmente nelle auto da corsa ad alte prestazioni e negli aeroplani. Sono in corso ricerche sulla combustione del metanolo nei motori a quattro tempi. Il metanolo presenta diversi vantaggi come carburante.
Il suo elevato calore di vaporizzazione e il suo potere calorifico relativamente basso determinano temperature della camera di combustione significativamente inferiori rispetto ai carburanti per motori convenzionali. Ciò contribuisce a ridurre le emissioni di ossidi di azoto, idrocarburi e monossido di carbonio, sebbene sia accompagnato da maggiori emissioni di formaldeide.
- M3 è una miscela di metanolo al 3% con solubilizzanti al 2-3% in carburante per motori disponibile in commercio. Non sono necessarie modifiche ai veicoli a motore e ai sistemi di distribuzione del carburante.
- M15 è una miscela di metanolo al 15% e un solubilizzante con carburante per motori, che richiede modifiche al veicolo. La proposta iniziale di utilizzare M15 per aumentare il numero di ottano nella benzina senza piombo è stata ampiamente sostituita dall’adozione diffusa di MTBE.
- M85 è metanolo contenente il 15% di idrocarburi C4–C5 per migliorare le proprietà di avviamento a freddo. Sono essenziali veicoli e sistemi di distribuzione del carburante modificati.
- M100 è metanolo puro. I veicoli devono subire modifiche sostanziali ed essere completamente adattati al funzionamento con metanolo.
2.2. Metanolo come carburante diesel
Il funzionamento esclusivo con metanolo nei motori diesel non è fattibile a causa del basso numero di cetano del metanolo, che si traduce in un’accensione inaffidabile. Di conseguenza, il metanolo deve essere convertito in prodotti a valle come il DME, che funge da eccellente alternativa al diesel. Quando combinato con grassi e oli adatti, il metanolo produce esteri metilici di acidi grassi (FAME), comunemente noti come biodiesel.
2.3. Altri usi energetici del metanolo
Il metanolo è stato discusso e implementato in progetti pilota per l’accensione di turbine a gas a carico di picco nelle centrali elettriche, noto anche come “peak shaving”. Questo approccio è vantaggioso grazie al semplice stoccaggio del metanolo e alla sua combustione ecologica nelle turbine a gas.
Il metanolo, così come il DME, ha dimostrato il suo potenziale come combustibile futuro per i motori a turbina stazionari. Inoltre, l’uso del metanolo come combustibile nelle caldaie a combustione convenzionale ha il potenziale per ovviare alla necessità di costosi impianti di trattamento dei gas di combustione, sebbene la sua fattibilità economica rimanga una sfida.
È stata proposta la gassificazione del metanolo per produrre gas di sintesi o gas combustibile, ma è stata spesso ostacolata da preoccupazioni economiche.
Tuttavia, la conversione chimica di CO2 in metanolo utilizzando l’idrogeno generato tramite elettrolisi dell’acqua sta ottenendo riconoscimenti come metodo promettente per produrre combustibili rinnovabili o utilizzare il metanolo come vettore energetico liquido. Sebbene il concetto non sia nuovo e sia stato discusso in precedenza, ora sta ricevendo maggiore attenzione e sta subendo una ricerca attiva.
3. Altri usi del metanolo
Le proprietà uniche del metanolo, come il suo basso punto di congelamento e la capacità di mescolarsi con l’acqua, lo rendono utile in una varietà di applicazioni:
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Refrigeranti: il metanolo è utilizzato nei sistemi di refrigerazione, sia puro (ad esempio, negli impianti di etilene) sia miscelato con acqua e glicoli. È anche utilizzato come antigelo nei circuiti di riscaldamento e raffreddamento. Rispetto ad altri comuni antigelo come glicole etilenico, glicole propilenico e glicerolo, il metanolo ha una viscosità inferiore a basse temperature. Tuttavia, non viene più utilizzato come antigelo per motori, sostituito da prodotti a base di glicole.
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Protezione delle condotte del gas naturale: grandi quantità di metanolo vengono utilizzate per proteggere le condotte del gas naturale dalla formazione di idrati di gas a basse temperature. Il metanolo viene iniettato nel gas naturale nelle stazioni di pompaggio, trasportato come liquido nella conduttura e quindi recuperato alla fine della conduttura. Può essere riciclato dopo aver rimosso l’acqua assorbita dal gas naturale tramite distillazione.
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Scrubber di gas: il metanolo viene utilizzato come agente di assorbimento negli scrubber di gas per rimuovere CO2 e H2S a basse temperature (ad esempio, processo Rectisol di Linde e Lurgi). Un vantaggio di questo processo è che anche le tracce di metanolo rimaste nel gas purificato in genere non interferiscono con la successiva elaborazione.
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Applicazioni dei solventi: Sebbene il metanolo puro non sia ampiamente utilizzato come solvente, viene spesso incluso in miscele di solventi per migliorarne le proprietà ed espanderne le applicazioni.
Riferimento
- Metanolo; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a16_465.pub3
