Virtuaalikatalyyttillä läpimurto metanolitalouteen?


Kuva 1. Metanolipolttokenno. Tämä laite mahdollistaisi sähköauton ilman akkuja. Kuvalviite: By Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg: created by NASAderivative work: Abrev (talk) - Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12773803

Kuva 1. Metanolipolttokenno. Tämä laite mahdollistaisi sähköauton ilman massiivisia akkuja. Kuvalviite: By Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg: created by NASAderivative work: Abrev (talk) – Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12773803

Metanolitalous, jossa autojen polttoaineena on metanoli, on mielestäni paras kompromissi siirryttäessä fosiilisista polttoaineista synteettisiin. Perustelen tätä sillä, että tässä tarjoutuisi ensiksikin mahdollisuus käyttää ainakin osa vanhasta kalustosta loppuun laimeilla seospolttoaineilla ja toiseksi mahdollisuus siirtyä varsin pienellä hyppäyksellä väkevämpiin metanoliseoksiin ns. flexifuel-varustelulla. Kolmantena seikkana tulee sitten se, että metanolitalous mahdollistaa hyvin monet tekniset vaihtoehdot. Metanolipolttokennokin on jo keksitty laite, joten myös lähes kaikki sähköautojen edut ovat teknisesti saavutettavissa metanolitaloudessa vailla akkujen tuomaa riesaa. Eräästä näkökulmasta metanolitalous on pitkälti sama asia kuin vetytalous, vain kaasunkäsittelyn ongelmat on ohitettu siirtymällä nestemäiseen polttoaineeseen. Vedyn tapaan metanolikin on maapallon olosuhteissa energian siirtoväliaine, ei primääri energialähde. Kun metanoli nykyään valmistetaan pääosin metaanista, metanoliauton voisi nähdä myös kaasuautona ilman kaasusäliötä.

Uusi Yen ja Johnsonin tutkielma esittää räätälöidyn MOF-katalyytin (Linkki), joka hoitaa sekä hiilidioksidin sieppauksen että monivaiheisen vetypelkistyksen metanoliksi yksinään. Syy, miksi kutsun esitettyä metallo-orgaanista yhdistettä virtuaalikatalyytiksi, on se, ettei sitä vielä ole koeputkessa vaan ainoastaan tietokoneen bittiavaruudessa. Tämä saattaa kuvastaa sitäkin, että uusien yhdisteiden kemiallinen synteesi on siirtymässä tieteestä teknologiaksi, mutta toisaalta myös jättää vielä monia kysymyksiä auki. Jos kyseisen katalyytin synteesi olisi helppoa, mikseivät tutkijat valmistaneet sitä näytteeksi? Kun katalyyttiä on ilmeisestikin tarkoitus käyttää hiilidioksidin sieppaukseen suurista kaasumassoista ja laimeista seoksista, kuten ilmakehästä, voisiko katalyytti myrkyttyä erinäköisistä kaasuvirtojen vähäisistä epäpuhtauksista, kuten vaikkapa rikkivedystä? Tämähän selviäisi kokeilemalla.

Edellä mainisemani epävarmuudet eivät mielestäni kuitenkaan tee itse metanolitaloutta paljoakaan epätaloudellisemmaksi. Metanoliahan osataan jo valmistaa varsin edullisesti. Lähinnä kyse olisi suljetun metanolitalouden toteuttamisesta, jossa ilmakehään vapautunut pakokaasujen hiilidioksidi sidottaisiin erillisissä järjestelmissä. Tältä osin en ole vakuuttunut, koska nykyiset hiilidioksidin sieppaajat, eli kasvit, peittävät ison osan maan pinnasta. Keinotekoisten sieppaajien vaatima kosketuspinta ilmakehään olisi väistämättä oltava iso ja mahdollisesti siirrettävä ilmamassa vaatisi runsaasti siirtoenergiaa. Tässä todennäköisesti tuo siirtoenergia ja pinta-ala ovat käänteisessä suhteessa. Kasvithan eivät juuri liikuta ilmaa, mutta niillä on paljon kosketuspintaa.

Kyseisen katalyytin käyttäminen ajoneuvokohtaisesti hiilidioksidin sidontaan ei sekään tunnu kovin loistavalta idealta, sillä yhdisteen molekyylipaino on moninkertainen hiilidioksidiin verrattuna. Sama vika ajoneuvokäytössä on tietenkin monissa muissakin hiilidioksidin sidontamenetelmissä. Kun ajoneuvossa mukana kuljetettavan jätteenkeräysjärjestelmän paino ylittää vaihtoehtona olevien akkujen painon, ollaankin menetetty kaikki edut, mitä metanoli tarjoaa.

Energiataloudellisesti vedyn ja hiilidioksidin reaktio metanoliksi on eksoterminen eli lämpöenergiaa poistuu järjestelmästä. Se on sitten järjestelyistä kiinni, meneekö tuo poistuva energia harakoille.

Tyytyisin alkuvaiheessa puolifossiiliseen metanolitalouteen, jossa vaikkapa kivihiilivoimalan hiilidoksidipäästöt jalostettaisiin ajoneuvopolttoaineeksi, joka sitten laskisi pakokaaut ilmakehään. Tarvittava vety valmistettaisiin mm. ydinenergialla. Kivihiilivoimalan korvaaminen biopolttoaineita käyttävällä voimalalla sitten johtaisi kokolailla suljettuun CO2-kiertoon tai kaivattuun hiilineutraalisuuteen. Tässä olisi tutkielman katalyytille käyttöä, ehkä jopa ratkaisevasti.

Suomen olosuhteisiin sähköautot soveltuvat huonommin kuin muiden maiden olosuhteisiin. Näin siis annamme muille maille tasoitusta, joka käy meille kalliiksi, mikäli siirrymme hätäisesti sähköautoihin. Metanolitaloudessakin on huonommin Suomeen sopivia osioita, kuten edellä mainitsemani seospolttoainevaihe, koska kylmissä olosuhteissa hiiliviety-metanoli-seos on vaarassa erottua kahdeksi faasiksi. Sensijaan esim. metanolipolttokennoauto olisi tällä tietoa Suomessa yhtä toimiva kuin muuallakin ja sillä olisi sähköautoon nähden etuja mm. keveyden ja tankkausajan suhteeen. Valitettavasti tämä ei vain vielä ole kaupallinen vaihtoehto. Puhtaalla (bio)metanolilla toimiva polttomoottoriauto olisi tutkimisen arvoinen vaihtoehto Suomen olosuhteisiin ja ehkä myös väkevä butanoli-metanoli-seospolttoaine nykyisen E85 tapaan. Butanolin tarkoitus olisi ehkäistä metanolifaasien erottumista kylmässä. Etanoli toimisi samaan suuntaan, muttei yhtä tehokkaasti.

Hallituksemme uusi ilmasto- ja energiapoliittinen seloteko ei mainitse ollenkaan metanolia tai biometanolia. Tästä voi arvella, että jos muutaman vuoden viiveellä metanolitalous osoittautuisikin parhaaksi tulevaisuuden energiavaihtoehdoksi ajoneuvoissa, meillä jouduttaisiin aloittamaan taas takamatkalta hukkainvestointien kera. Vertailuna tulee mieleen Suomessakin harjoitettu hätäily hehkulamppuja vastaan, joka johti elohopeaa sisältävien loisteputkien leviämiseen ”energiansäästölamppuina”.  Nythän LED-tekniikalla saadaan toteutettua valaistus paljon energiatehokkaammin ja ilman elohopeaa. Huonompi tekniikka ehdittiin kuitenkin kertaalleen myydä asiakkaille, kiitos myrkynvihreiden.

Linkkejä

http://www.engineering.pitt.edu/News/2016/Karl-Johnson-Closing-the-Carbon-Loop/ (Linkki) Lehdistötiedote tutkielmasta.

https://www.sciencedaily.com/releases/2016/12/161207124105.htm (Linkki) Science Dailyn uutisointia.

http://www.chemikinternational.com/wp-content/uploads/2014/02/8.pdf (LinkkiPDF) Tutkielma eräästä aiemmasta metanolisynteesistä.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Metanolitalous (Linkki) Kiitettävän kattava artikkeli metanolitaloudesta.

https://www.scientificamerican.com/article/engineered-bacterium-turns-carbon-dioxide-into-methane-fuel/ (Linkki) Biotekninen vedyn ja hiilidioksidin muuntaminen metaaniksi on myös mahdollista.

http://www.vtt.fi/medialle/uutiset/vtt-mets%C3%A4t%C3%A4hteist%C3%A4-uusilla-kaasutusmenetelmill%C3%A4-biopolttonesteit%C3%A4-alle-euron-litrahinnalla (Linkki) Biometanolin tuotanto ei ole mahdottoman kallista.

https://www.sciencedaily.com/releases/2016/08/160825113217.htm (Linkki) Eräänlainen hiilidioksidin keinofotosynteesi hiilimonoksidiksi. Tässä aurinkoenergia lähestyy metanolitaloutta.

http://www.iltasanomat.fi/taloussanomat/art-2000001772848.html (Linkki) Yrittäjiä on ollut aiemminkin. Joillain saattaa kyse olla helpon rahoituksen saamisestakin kehitysprojekteihin.

http://reneweconomy.com.au/blue-crude-audi-pilot-produces-diesel-fuel-from-co2-and-water-66638/ (Linkki) Audi esittää hiilidioksidin keräystä ja prosessointia diesel-polttoaineeksi.

Advertisements

5 responses to “Virtuaalikatalyyttillä läpimurto metanolitalouteen?

    • Etanoli kuten metanolikin soveltuu energian siirtämiseen ja varastointiin.

      Useimmat Wired-lehden jutun lukeneet eivät ymmärtäneet, että kysymyksessä oli laboratorio-tason kokeellinen prosessi, ei teollisesti tehokas prosessi. Vielä useammalta jäi tajuamatta, että prosessi ei ota kantaa prosessin kuluttaman energian saantiin. Kysymyksessä ei ole prosessi, jossa tuotetaan energianlähdettä, etanolia, vaan jossa muutetaan yhdessä muodossa oleva energia jollakin ykköstä pienemmällä hyötysuhteella etanolin sisältämäksi energiaksi.

      Voidaan hiilen poltossa syntyvä hiilidioksidi voidaan muuttaa etanoliksi, mutta siihen kuluu enemmän energiaa kuin hiilen poltossa vapautuu. Tämä ei siis ratkaise oikeastaan mitään ongelmaa, koska polttonestettä voi valmistaa pienemmin päästöin suoraan kivihiilestä.

      Tykkää

      • Ajatuksena oli lähinnä käyttä ko. ratkaisua power to ”gas” tyypisesti. Etanolia on helpompi varastoida ja sitä voidaan käyttää joko polttomoottorissa tai polttokennossa. On vielä kaukaa haettu että tämä toimisi kotivoimalana esim. aurinkokennojen kaverina.

        Nythän vihreän energian ongelma, tukiasten lisäksi, on sen ei jatkuva tuotanto/teho. Nykyisin olemassa olevalla akkutekniikalla sitä ei voida tasata ja nykyiset power to gas vaihtoehdot ovat myöskin tehottomia. Linkkaamassani artikkelissa ei mainita prosessin energiahyötysuhdetta, joten jään odottamaan lisää tietoa.

        Minusta sekä metanoli että etanoli vaihtoehdot ovat parempia kuin pelkkä vety. ”Ilmainen” energia odottaa varastointirarkaisua…

        Tykkää

      • Vaikka vedyllä onkin juuri polttokennokäytössä etulyöntiasema, se vaatii täysin uuden polttoainejärjestelmän niin asemille kuin autoihinkin. Tässä tulee sitten vedylle takkiin alkoholeihin verrattuna. Jälkimmäisillä päästään liikkeelle myös pienin askelin ja nyt tuotettua hiilidioksidiakin ehkä uusiokäyttäen.
        Viittauksesi kotivoimaloihin on jo laajempaa kuviota, mutta pääsääntöisestihän isoissa tuotantolaitoksissa päästään parempiin hyötysuhteisiin, jolloin kotivoimaloihin kytketyt akoholireaktorit tuskin kannattaisivat polttoaineen tuotannossa. Muita markkinoita ehkä etsittäisiin?

        Tykkää

    • Hyvä kysymys! Tutkimus oli tehty metanolikatalyytistä, siitä kirjoituksen idea.

      Kun katselen tuota luetteloani, niin metanoli häviää noissa seostusjutuissa etanolille. Polttokennoissa metanoli lienee etanolin edellä ja valmistus metaanista on edullisempaa.
      Että vähän makuasia, vaikken suosittelekaan metanolin maistamista. Väittävät toki sen maistuvan etanolille, josta syystä näkö on lähtenyt monelta, joiltain henkikin.
      Metanolimoottorista saadaan isommat litratehot ulos kuin etanolia käytettäessä, eli voisi olla pieni etu puolellaan puhtailla alkoholeilla ajettaessa.
      Metanoli ei muodosta palaessaan nokea, se voinee olla jokin etu etanoliin verrattuna. Paremmin ehkä johdannaisella dimetyylieetterillä ja dieselkoneilla.

      Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s