Metanoli

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Metanoli

Methanol-2D.png Methanol.pdb.png

Tunnisteet
Muut nimet metyylialkoholi, puusprii,
karbinoli
CAS-numero 67-56-1
Ominaisuudet
Molekyylikaava CH3OH
Moolimassa 32,04 g/mol
Ulkomuoto väritön neste
Sulamispiste −97,8 °C
Kiehumispiste 64,7 °C
Tiheys 0,7869 g/cm3
Liukoisuus veteen liukenee

MyrkyllinenT Helposti syttyväF

Metanoli eli metyylialkoholi on myrkyllinen alkoholi. Metanoli on normaaliolosuhteissa olomuodoltaan väritön neste. Se palaa melkein värittömällä liekillä muodostaen hiilidioksidia ja vettä:

2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Valmistus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Metanolin valmistus on tunnettu kauan eikä ensimmäisten valmistusmenetelmien alkuperää tarkkaan tiedetä. Metanolia voidaan valmistaa useilla eri menetelmillä kuten maakaasusta syntetisoimalla, mutta helpointa on antaa vedyn reagoida hiilimonoksidin (häkä) kanssa. Reaktiota voidaan kiihdyttää katalyyteillä, kuten kuparilla tai sinkillä. Myös lyijyn ja talliumin käytöstä katalyytteinä on saatu rohkaisevia tuloksia.[1] Metanolin valmistus maakaasusta on edullista, sillä kaasu on valmiiksi puhdasta ja muunnoksen hyötysuhde on tyypillisesti korkea, noin 60–70 %, mutta yli 80 % hyötysuhteeseenkin on päästy.[2] Jos huomioidaan valmistusprosessin hukkalämmön hyödyntäminen sähköntuotantoon, yli 90 % hyötysuhteeseen voidaan päästä.[3] Hiukan huonommalla hyötysuhteella metanolin valmistus onnistuu myös biomassasta, kuten puusta.[4] Tällöin muunnoksen hyötysuhde jää noin 42–66 %:iin.[5] Metanolia voidaan tuottaa puusta pienen mittakaavan tuotantolaitoksissa.[6] Ilmakehän hiilitasapaino ei häiriinny, jos metanolin massatuotannossa tarvittavan hiilimonoksidin tuotantoon käytetään energiakasveja esimerkiksi puuhakkeen tai vaikkapa jätepaperin muodossa. Vaikka niiden sijaan hiilimonoksidin tuottamiseen käytettäisiinkin kivihiilivaroja tai öljyä, olisi kasvihuonekaasupäästöjen vähennys dramaattinen verrattuna perinteisten fossiilisten polttoaineiden käyttöön. Puusta valmistetun metanolin EROEI on noin 5,5.[7]

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Metanoli on tärkeä teollisuuskemikaali, jota käytetään lähtöaineena muiden kemikaalien valmistuksessa, tärkeimpänä formaldehydin valmistus. Muita metanolin käyttökohteita ovat mm. käyttö liuottimena ja jäätymisenestoaineena sekä lasinpesunesteenä. Myrkyllisten ominaisuuksiensa vuoksi metanolia käytetään myös teollisuusetanolin denaturointiin.[8]

Vaikutukset elimistössä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Metanoli hapettuu elimistössä myrkyllisiksi formaldehydiksi ja muurahaishapoksi:[9]

  • 2 CH3OH + O2 → 2 CH2O + 2 H2O (formaldehydiksi)
  • 2 CH2O + O2 → 2 HCOOH (muurahaishapoksi)
  • 2 HCOOH + O2 → 2 CO2 + 2 H2O (hiilidioksidiksi)

Metanolin nauttiminen jo pieninä määrinä voi aiheuttaa sokeutumisen, ja paljon ihmisiä kuolee metanolin nauttimiseen päihteenä.[10][11] Metanolin myyminen nautittavana alkoholina on rikollinen teko, josta voidaan tuomita sakko- tai vankeusrangaistukseen. Pontikan valmistuksessa on perinteisesti heitetty ensimmäiset tisleet pois, koska metanolin etanolia alhaisemman höyrystymislämpötilan vuoksi ensimmäisten tisleitten metanolipitoisuus on myöhempiä korkeampi.[12]

Ei ole tarkkaa tietoa siitä, kuinka suuri annos metanolia on pitkällä aikavälillä myrkyllistä. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto EPA on asettanut suosituksensa suurimmasta sallitusta suun kautta nautitusta metanolista arvoon 0,5 mg/kg/vrk.[13]

Makeutusaineena käytettävästä aspartaamin hajoamistuotteena syntyy metanolia, mutta ei ole osoitettu syntyykö sitä elimistössä ja imeyytyykö se verenkiertoon.[14]

Metanoli voi aiheuttaa pienenäkin annoksena (4-15 ml) pysyvän sokeuden.[15] Verkkokalvovaurioita esiintyy vain ihmisillä ja apinoilla.[16]

Akuutti metanolimyrkytys jaetaan kolmeen vaiheeseen: 1) humala, 2) asidoosi ja 3) keskushermoston, näköhermon ja silmän verkkokalvon vaurioitumiseen. Ensimmäinen vaihe eli humalatila alkaa yleensä nopeasti. Asidoosi ja silmien ja keskushermoston vaurioiden kehittyminen vie enemmän aikaa, se voi viedä jopa 1–1,5 vuorokautta. Metanolimyrkytyksen oireita ovat humala, pyörrytys, heikkous, vapina, päänsärky, pahoinvointi, raju oksentelu, vatsan ja lantion alueen kovat kivut sekä erilaiset näköhäiriöt.[16]

Metanoli imeytyy hyvin ruoansulatuskanavasta ja höyrynä keuhkoista jakautuen elimistön vesitilaan. Sen pitoisuus on suuri silmän lasiaisessa sekä näköhermossa. 5–10 % metanolista erittyy muuttumattomana virtsaan ja hengitysilmaan ja 90–95 % metaboloituu maksassa formaldehydiksi ja edelleen muurahaishapoksi. Metanolin poistumisnopeus elimistöstä on viidesosa etanolin vastaavasta. Tämän takia pienetkin toistuvat metanoliannokset aiheuttavat aineen kumulatiivisen kertymisen elimistöön.[16][17]

Metanolin hapettumistuoteista muurahaishappo aiheuttaa vaikean metabolisen asidoosin ja formaldehydi estää solujen entsyymitoimintaa. Verkkokalvon vaurioiden arvellaan syntyvän joko formaldehydin suorana toksisena vaikutuksena tai koska metanoli sitoutuu hemoglobiiniin ja solujen hengitysentsyymien rautaan, jolloin runsaasti happea käyttävä verkkokalvo kärsii hapenpuutteesta.[16]

Hoito[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Akuuttia metanolimyrkytystä hoidetaan estämällä myrkyllisten metaboliittien muodostumista. Tämä voidaan tehdä antamalla etanolia siten, että sen pitoisuus veressä on 1,0–1,5 ‰ 2–5 vrk:n ajan, jolloin se kilpailee metanolin kanssa hapettavasta entsyymistä, alkoholidehydrogenaasista. Alkoholidehydrogenaasin estäjällä (4-metyylipyratsolilla eli fomepitsolilla[18]) voidaan estää metanolin metaboliaa. Metanolin erittymistä diureesiin voidaan tehostaa antamalla furosemidia tai mannitolia. Myös suuret foolihappoannokset nopeuttavat sen erittymistä. Tärkeimpänä hoitotoimenpiteenä pidetään hemodialyysiä metanolin ja sen metaboliittien poistamiseksi elimistöstä, se korjaa samalla myös asidoosia.[16][17]

Metanoli polttoaineena[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Metanoli on eräs vaihtoehto tulevaisuuden synteettiseksi polttoaineeksi.[19] Sähköenergian varastointi ajoneuvoihin, laivoihin ja lentokoneisiin on hankalaa ja epätaloudellista, samoin vedyn. Sen sijaan metanolin käyttö, käsittely ja jakelu muistuttaa läheisesti bensiinin vastaavia prosesseja. Metanolia voidaan käyttää polttoaineena myös ottomoottorissa. Sen oktaaniluku on moottoribensiiniä suurempi, mutta energiasisältö pienempi.[20] Metanolin energiasisältö on 19.7MJ/kg bensiinin 40 MJ/kg. Polttoainejärjestelmän syöpymisriskin vuoksi metanoli ei sovellu useimpien nykyisten moottoriajoneuvojen polttoaineeksi suoraan ilman muutoksia.[21][22] Toisaalta, kun polttoainejärjestelmän syöpymiselle herkät komponentit on vaihdettu metanolia kestäviin, syöpymisongelmia ei sen jälkeen ole.[23] Ajoneuvon moottorin ja polttoainejärjestelmän muuttaminen metanolille sopivaksi on suhteellisen helppo tehtävä siinä mielessä, että kaikki tarvittavat tekniset ratkaisut ovat tiedossa.[24][25] Pelkän metanolin käyttö polttoaineena mahdollistaa korkean puristussuhteen ottomoottorissa ja sen ansiosta myös korkean hyötysuhteen.[26][27][28]

Metanolia käytetään perinteisesti polttoaineena raketeissa, rata-autoissa (kuten Champ Car), speedway-pyörissä ja kiihdytysautoissa (drag racing). Metanoli on suosituin polttomoottorein varusteltujen pienoismallien polttoaine. Metanolilla toimivia polttokennoja kehitetään kannettavien tietokoneiden, matkapuhelinten sähköenergian lähteeksi, mutta toistaiseksi sen käyttöä pidetään palo-, räjähdys-, sekä myrkytysvaarojen tuottamien vastuiden takia ongelmallisena. Kiina on panostanut huomattavasti metanolin käyttöön liikennepolttoaineena.[29] Metanolipolttokennoa ei pidetä lähitulevaisuuden ratkaisuna sähköautoille kalliin hintansa vuoksi.lähde?

Liikenneonnettomuuksissa metanolin ongelmana on sen palaminen värittömällä liekillä.[30] Ratkaisuna tähän ongelmaan voisi olla valkoista tai punaista savua tuottavan kemikaalin lisääminen metanolipolttoaineen sekaan.[31] Bensiiniin verrattuna metanoli ei ole yhtä leimahdusherkkä ja tulipalon sytyttyäkin metanoli on pienempi ongelma.[32][33] Metanolin hyvän liukenemisen ansiosta metanolipalo on helppo sammuttaa vedellä.[34] Juuri paremman paloturvallisuuden vuoksi Indianapolis 500 -autokilpailuissa siirryttiin metanolipolttoaineen käyttöön vuonna 1965.[35] Tämä käytäntö jatkui vuoteen 2006 asti.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Lampinen, Ari: Uusiutuvan liikenne-energian tiekartta (PDF) Elokuu 2009. Joensuu: Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulu. Viitattu 2014-04-04.
  • Cassady, Philip E.: The use of methanol as a motor vehicle fuel. Unusual Fuels Production: Symposium of the Division of Fuel Chemistry at the 169th National Meeting of the American Chemical Society, April 1975, s. 59–70. Philadelphia: American Chemical Society, Division of Fuel Chemistry. Artikkelin verkkoversio (PDF) Viitattu 2014-04-04. (englanniksi)
  • EPA: Methanol www.epa.gov. January 2000. United States Environmental Protection Agency. Viitattu 2014-04-13. (englanniksi)
  • EPA: Clean Alternative Fuels: Methanol (PDF) www.epa.gov. March 2002. United States Environmental Protection Agency. Viitattu 2014-04-04. (englanniksi)
  • Methanol In Racing www.methanicom.com. Methanicom. Viitattu 2014-04-04. (englanniksi)

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Päästötalkoiden heikoin lenkki on polttoaine. ("Tähän asti hiilivetyjen kemiallisia sidoksia on pilkottu platinalla, kullalla ja muilla kalliilla katalyyteillä. Nyt Scripps-instituutin Roy Periana kertoo kollegoineen Science-lehdessä, että purkutyöhön sopivat yllättäen myös yleiset ja edulliset lyijy ja tallium. Niitä käytettäessä säästyy myös huomattavasti energiaa. Ne reagoivat hiilen ja vedyn kanssa jo 180 asteen lämpötilassa, kun arvokatalyytit vaativat kuumennuksen tuhannen asteen tuntumaan. Mikä parasta, nesteytyksestä poistuu yksi vaihe kokonaan. Kaasun ainesosia ei tarvitse nykyiseen tapaan erotella etukäteen, vaan seoksen voi käyttää sellaisenaan eri alkoholien, kuten metanolin ja etanolin, valmistukseen.") Tiede, Huhtikuu 2014. Helsinki: Sanoma Osakeyhtiö. ISSN 1457-9030.
  2. Converting natural gas into liquid methanol efficiently and cost-effectively ("Under ARPA-E funding, GTI is developing a new low-temperature process to convert natural gas or methane-containing gas into methanol and hydrogen for liquid fuel or chemicals production. The new process being created by GTI uses metal oxide catalysts that are continuously regenerated in a reactor that is similar to a battery. Using metal oxide catalysts reduces the energy required during the conversion process. The process is more efficient and less capital-intensive than current approaches and has the added benefit of operating at room temperature. Results to date have been very positive. The combustion efficiency of the whole process is 83% and the carbon efficiency is 90%. Long-term tests for 1,000 hours plus system design and testing are planned, with production levels in a prototype system anticipated at a gallon per day.​") Gas Technology Institute. Viitattu 2014-04-12. (englanniksi)
  3. François Maréchal, Georges Heyen, Boris Kalitventzeff: Energy Savings in Methanol Synthesis: Use of Heat Integration Techniques and Simulation Tools (PDF) ("Starting with a classical methane conversion of 60% for the classical system, we identify solutions with up to 93% of the overall methane conversion when we transform the net mechanical power produced into methane savings at the country level.") 2002-09-26. Belgia: Université de Liège. Viitattu 2014-04-12. (englanniksi)
  4. Lampinen, s. 119: "Puupohjainen synteettinen metanoli oli yksi vaihtoehtoinen polttoaine, jota sodan aikana suunniteltiin otettavan liikennekäyttöön, mutta valmistuksen aloittamisesta saatiin tehtyä päätös vasta vuonna 1943, joten tehdasta ei saatu valmiiksi ennen sodan loppumista. Puupohjainen metanolisynteesi aloitettiin Suomessa teollisesti vuonna 1949 Enso-Gutzeitin metanolitehtaalla Imatralla. Kapasiteetti oli 3500 t/v eli tehdashanke osoitti mahdolliseksi soveltaa kaasutuspohjaisia synteesejä varsin pienessä kokoluokassa, paljon pienemmässä kuin esimerkiksi Saksan 1940-luvun FT-tehtaat olivat. Se merkitsee, että kaasutuspohjaisten synteettisten biopolttoaineiden, eli metanolin lisäksi myös metaani ja FT-polttoaineet, valmistus puusta pienessä kokoluokassa tuli Suomessa teknisesti osoitettua jo 1940-luvulla."
  5. Lampinen, s. 294. Taulukko 5.6. Synteesikaasupohjaisten polttoaineiden tuotannon hyötysuhde puusta
  6. Methanol from Biomass Fact Sheet ("In the past there was some small-scale production of methanol from biomass. In 2004 the German company Choren Industries GmbH produced methanol from wood using its Carbo-V process. In the Chemrec AB pilot plant in Piteå, Sweden about 6 tons per day of methanol is used as an intermediate in the production of BioDME. While the biochemical route through methanothrophic bacteria is still in an early state of development the conversion of biogas to methanol has been proven at bench scale. ZSW has proven that methanol could be produced from biogas at a decentralised level.") European Biofuels Technology Platform. 2012-12-18. CPL Press. Viitattu 14.4.2014. (englanniksi)
  7. Mulder, Kenneth & Hagens, Nathan & Fisher, Brendan: Burning Water: A Comparative Analysis of the Energy Return on Water Invested. (Table 3) AMBIO, February 2010, 39. vsk, nro 1, s. 30–39. doi:10.1007/s13280-009-0003-x. Artikkelin verkkoversio (PDF) Viitattu 2014-04-16. (englanniksi)
  8. OVA -ohje, Metanoli
  9. Methanol #Oxidation of Methanol
  10. Metanoli aiheuttaa kymmeniä kuolemia vuosittain 2010. Helsingin Sanomat. Viitattu 6.8.2013.
  11. HS haku: Metanoli
  12. Kiteellä keitetään taas pontikkaa YLE. Viitattu 6.8.2013.
  13. EPA, 2000. Lainaus: "The Reference Dose (RfD) for methanol is 0.5 milligrams per kilogram body weight per day (mg/kg/d) based on increased liver enzymes (SAP and SGPT) and decreased brain weight in rats. The RfD is an estimate (with uncertainty spanning perhaps an order of magnitude) of a daily oral exposure to the human population (including sensitive subgroups) that is likely to be without appreciable risk of deleterious noncancer effects during a lifetime. It is not a direct estimator of risk but rather a reference point to gauge the potential effects."
  14. Sensitivity to aspartame probed 2009. BBC. Viitattu 6.8.2013.
  15. Tuomisto J. 100 kysymystä ympäristöstä ja terveydestä: arsenikista öljyyn, ss. 49-50. Kustannus Oy Duodecim, Helsinki 2007. Verkossa englanniksi http://en.opasnet.org/w/arsenic_to_zoonoses
  16. a b c d e Alkoholien ja eräiden teknokemiallisten tuotteiden aiheuttamat akuutit myrkytykset (Pdf)
  17. a b Alkoholimyrkytykset
  18. Antidootit myrkytyksissä.
  19. Metanoli voi syrjäyttää vetyauton 2008. Tekniikka ja Talous. Viitattu 6.8.2013.
  20. Methanol Economy ("Methanol is an excellent high-octane fuel for internal combustion engines and is an even more efficient fuel in fuel cells. Because it is a liquid at ambient temperatures (Boiling point: 64.6 ºC), methanol can be readily stored and transported using existing infrastructure.") USC Dornsife. University of Southern California. Viitattu 2014-04-23. (englanniksi)
  21. Pickerill, Ken: ”Basic Fuel Additives”, Automotive Engine Performance – 6th Edition, s. 186. "Methanol is the lightest and simplest of the alcohols and is also known as wood alcohol. It can be distilled from coal, but most of what is used today is derived from natural gas. Many automakers continue to warn motorists about using a fuel that contains more than 10 percent methanol and cosolvents by volume. Methanol is recognized as being far more corrosive to fuel system components than ethanol, and it is this corrosion that has automakers concerned.". Clifton Park, New York: Cengage Learning, 2014. ISBN 978-1-133-59287-7. (englanniksi)
  22. Cassady, s. 64–65: "Several corrosion and compatibility problems associated with the use of methanol in blends with gasoline as a motor fuel have been described. There has been much less experience reported concerning the use of pure methanol as a motor fuel. Many of the problems encountered with the use of blends may also appear during pure fuel use, but this has not been proven by experience. Significant corrosion occurs after water causes separation of gasoline and methanol-water phases in blends. Much of this corrosion may be caused by the water in the lower phase. This separation does not take place when pure methanol is utilized as a motor fuel. water is highly soluble in pure methanol and any traces found in the fuel system will be taken into the solution. The compatibility problems associated with the use of pure methanol as a motor fuel have been more extensively investigated. It may be expected that compatibility problems between pure methanol and Viton fuel system elements, metacrylate fuel filters and possibly certain types of fuel pump diaphragms and gaskets may exist."
  23. Cassady, s. 65: "The limited experience with the use of pure methanol as a motor fuel has uncovered some compatibility problems with certain fuel system components. Some test vehicles have suffered no corrosion or compatibility problems, and others have required alterations to avoid them. There is a need for further fleet testing in which the problems of corrosion and materials compatibility with pure methanol fuel are extensively investigated. It will only be through the experience gained during such fleet tests that all of these problems can be uncovered."
  24. Cassady, s. 65: "The conversions necessary to enable a vehicle to operate with pure methanol as a fuel can be divided into two phases. Because the energy per cubic foot of stoichiometric mixtures of methanol and gasoline fuels is very similar, the modifications necessary to convert a conventional gasoline engine to pure methanol are relatively simple. These conversions, to enable the use of pure methanol fuel in conventional engines will be called first phase conversions. Such conversions involve changes to the carburetor, intake manifold, fuel system, and spark advance curve and do not require major engine modifications. This phase of engine modification may be easily carried out on a fleet of automobiles and has been done in several cases."
  25. Zubrin, Robert: Methanol Wins ("First, I ran the car on 100 percent methanol. This required replacing the fuel-pump seal made of Viton, which is not methanol compatible, with one made of Buna-N, which is. The new part cost 41 cents, retail. In order to take proper advantage of methanol’s very high octane rating (about 109), I advanced the timing appropriately. This dramatically improved the motor efficiency and allowed the ordinarily sedate sedan to perform with a significantly more sporty spirit. As measured on the dyno, horsepower increased 10 percent. With these modifications complete, I took my Cobalt out for a road test. The result: 24.6 miles per gallon.") National Review Online. 2011-12-01. National Review. Viitattu 2014-04-16. (englanniksi)
  26. Speed-o-motive: Engine Building (arkistoitu 2012-06-18) ("15.5:1- Is the highest compression ratio suggested for unrestricted alcohol fuel engines.") RacingSecrets.com. 1998. Viitattu 2014-04-04. (englanniksi)
  27. Cassady, s. 65: "In addition, major engine modifications such as an increase in the compression ratio may be made in order to take advantage of the higher octane number of methanol in order to produce better thermal efficiency and an increase in fuel mileage. These modifications constitute a second phase of possible engine conversions. No full scale tests of such conversions have been reported."
  28. EPA, 2002. s. 2: "Methanol and methanol blends have higher octane ratings than gasoline, which reduces engine “knock” and can produce in a higher engine efficiency. The higher octane also gives methanol-fueled vehicles more power and quicker acceleration."
  29. Heng Hui: China methanol usage to surge as new fuel standards take effect ("Across different provinces in China, methanol blends on fuel in varying degrees – ranging from 5-100% - are being adopted, supporting expectations of strong consumption in the coming years.") ICIS News. 2013-04-04. ICIS. Viitattu 2014-04-16. (englanniksi)
  30. EPA, 2002. s. 2: "There are some safety concerns with methanol because it burns with a nearly invisible flame, making flame detection difficult for vehicle owners and operators."
  31. Methanicom. "With the IRL’s introduction of night races in 1997, the burning of Methanol fuel was visible for the first time, seen with a light blue haze. From then on, as a safety feature, additional coloring elements were placed in the fuel so that Methanol would burn visibly."
  32. EPA, 2002. s. 2: "Yet methanol is much less flammable than gasoline and results in less severe fires when it does ignite."
  33. Emsley, John: Molekyyligalleriat, s. 232. "Synteesikaasu voidaan muuttaa myös metanoliksi, joka on 65 asteen lämpötilassa kiehuva neste ja sopii sellaisenaan autonmoottorin polttoaineeksi. SItä käytetään kuuluisassa Indianapolis 500 -autokilpailussa, koska se palaa puhtaasti eikä räjähdä bensiinin tapaan, jos kolarissa rikkoutunut polttoainesäiliö syttyy tuleen.". Suom. Ketola, Veli-Pekka. Art House, 1998. ISBN 951-884-240-X.
  34. Methanicom. "Methanol had long provided a safer alternative to gasoline. It had a higher flash point, was easily extinguishable with water, and burned invisibly."
  35. Shav Glick: Safer at Any Speed : Many of the Dangerous Risks in Indy Car Racing Are Eliminated by Design (After the MacDonald-Sachs fire, in which both cars were loaded with gasoline, the United States Auto Club mandated that methanol, a less volatile fuel, be used exclusively. "Methanol is much safer than gasoline, much more stable and more difficult to ignite," Russell said. "Methanol is also much easier to control than gasoline because it absorbs water.") Los Angeles Times. 1989-08-06. Viitattu 2014-08-02. (englanniksi)

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]