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Methanol

Methanol (auch Methylalkohol) ist bei Zimmertemperatur und Normaldruck eine farblose Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 65 °C. Es wird wie das bekanntere Ethanol zu den Alkoholen gezählt. Das Methanol-Molekül hat die chemische Formel CH₃OH; es ähnelt dem Methan-Molekül, jedoch ist zusätzlich ein Sauerstoffatom zwischen das C-Atom und eines der H-Atome eingebaut.

Giftigkeit des Methanol

Methanol ist wesentlich giftiger als der Trinkalkohol Ethanol und kann als unerwünschtes Nebenprodukt bei dessen Herstellung entstehen. (Die Giftigkeit entsteht hauptsächlich erst beim Abbau im Körper, insbesondere durch die Bildung von Formaldehyd und Ameisensäure.) Die Einnahme von Methanol kann leicht zur Erblindung durch Schädigung des Sehnervs führen, bei höheren Dosen auch zum Tod durch Atemlähmung.

Herstellung von Methanol

Methanol kann großtechnisch aus Synthesegas (Kohlenmonoxid und Wasserstoff) hergestellt werden. Das Synthesegas wiederum lässt sich aus Erdgas oder durch Kohlevergasung herstellen, aber auch aus Biomasse mithilfe der Biomassevergasung, die sich noch in der Entwicklung befindet. Bislang wird Methanol fast vollständig aus Erdgas hergestellt.

In der chemischen Industrie dient Methanol als Grundstoff für diverse Synthesen, beispielsweise zur Herstellung von Essigsäure, Ameisensäure, Formaldehyd und Methylmethacrylat (Grundstoff für Plexiglas). Vor allem für solche Zwecke und nicht für den Einsatz als Energieträger wurde die Herstellung aus Synthesegas entwickelt.

Es gibt auch andere Methoden zur Herstellung von Methanol, beispielsweise die Pyrolyse von Holz (Methanol als Biokraftstoff). Eine andere Möglichkeit wäre eine Elektrolyse, die Methanol aus Kohlendioxid und Wasser erzeugt. Diese und andere Technologien im Bereich Power to Liquid befinden sich in der Entwicklung.

Verbrennung von Methanol, Verwendung als Kraftstoff und in Brennstoffzellen

Methanol ist leicht entzündlich und verbrennt an der Luft sauber zu Kohlendioxid und Wasser: 2 CH₃OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 4 H₂O. Es kann somit als Energieträger dienen, beispielsweise als Kraftstoff für speziell angepasste Ottomotoren, auch zur Beimischung zu Benzin (z. B. M15 mit 15 % Methanol) und ebenfalls bei der Herstellung von Biodiesel. Bei geringen Beimischungen von wenigen Prozent ist keine Anpassung der Motoren nötig. Speziell für reines Methanol oder jedenfalls einen hohen Methanolanteil optimierte Ottomotoren können einen höheren Wirkungsgrad erreichen als solche, die mit Benzin arbeiten: Die hohe Klopffestigkeit von Methanol (ROZ 114) erlaubt nämlich ein hohes Verdichtungsverhältnis. Günstig ist auch die sehr hohe Verdampfungswärme von Methanol, die eine starke Innenkühlung des Motors bewirkt und damit eine gute Zylinderfüllung ermöglicht sowie die Neigung zum Klopfen weiter reduziert. Wegen solcher Vorteile wird Methanol oft als westlicher Bestandteil von Rennkraftstoffen verwendet. Ein weiterer Vorteil ist, dass Methanol anders als Erdölprodukte gut biologisch abbaubar ist; andererseits ist Methanol aber recht giftig, was ein wesentliches Hindernis für die generelle Beimischung zu Benzin für gewöhnliche Tankstellen ist. Der Heizwert von Methanol beträgt 15,7 MJ/l oder 19,9 MJ/kg. Die Energieaufwand für die Herstellung aus Erdgas ist wesentlich höher – je nach Verfahren grob geschätzt 20 bis 30 MJ/l.

Die Abgasqualität eines Verbrennungsmotors mit Drei-Wege-Katalysator ist schon bei Betrieb mit Benzin recht hoch, also durch Verwendung von Methanol kaum mehr verbesserbar. Jedoch können sich erhebliche Umweltvorteile für Methanol auf der Seite der Gewinnung ergeben, insbesondere weil die Energienutzung so annähernd CO₂-neutral sein kann.

Methanolkraftstoff (M100) besteht zwar zu mindestens 82 % aus Methanol, enthält aber noch diverse andere Substanzen. Es gibt hierfür Spezifikationen, die beispielsweise die den Gehalt an höheren Alkoholen, an Säuren wie Ameisensäure und diversen Schadstoffen begrenzen. Eine gewisse Zugabe von Butan oder Benzin ist sicherheitstechnisch günstig, da reines Methanol mit praktisch unsichtbarer Flamme verbrennen würde.

Methanol kann auch in diversen Arten von Brennstoffzellen eingesetzt werden. Er dient dann zur direkten Erzeugung elektrischer Energie in Direktmethanol-Brennstoffzellen oder in anderen Fällen zur Herstellung von Wasserstoff. Die Energieeffizienz ist bei der Verwertung von Methanol in einem Fahrzeug mit Brennstoffzellen deutlich höher als mit einem Verbrennungsmotor, jedoch ist die dafür nötige Technik bislang wesentlich teurer.

Als flüssiger Energieträger ist Methanol wesentlich einfacher zu transportieren als Gase wie Erdgas oder Wasserstoff. Es könnte deswegen beispielsweise mit nur geringfügigen Änderungen der Infrastruktur an vielen Tankstellen verfügbar gemacht werden. Unter anderem aus solchen Gründen gibt es Ideen, in großem Umfang eine Methanolwirtschaft anstelle einer Wasserstoffwirtschaft einzurichten.

Methanol als klimaneutraler Energieträger

Methanol wird heute in großen Mengen aus Erdgas hergestellt (siehe oben). Jedoch könnte zukünftig Methanol auf klimaneutrale Weise genutzt werden, indem man es so herstellt, dass der enthaltene Kohlenstoff aus atmosphärischem CO₂ stammt. Beispielsweise kann man den Weg über Photovoltaik, Elektrolyse, Wasserstoff und Synthesegas gehen, oder über pflanzliche Biomasse. Dann wird bei der Nutzung (Verbrennung) nur so viel CO₂ freigesetzt, wie bei der Herstellung gebunden wurde.

Wie oben erwähnt, könnte eine "grüne" Methanolwirtschaft einfacher einzurichten sein, insbesondere betreffend die Infrastruktur für die Nutzung, als eine Wasserstoffwirtschaft.

Siehe auch: Methan, Ethanol, Kraftstoff, Synthesegas, Energieträger, erneuerbare Energie