Methanolwirtschaft

Die Methanolwirtschaft ist eine hypothetische, zukünftige Energiewirtschaft, in der Methanol fossile Brennstoffe als primären Energieträger ersetzen soll. Diese bietet sich alternativ zu den ebenfalls propagierten Modellen einer Wasserstoff- oder Ethanolwirtschaft (Biokraftstoff) an.

Bereits heute wird Methanol, meist als Derivat wie Biodiesel oder MTBE, im nennenswerten Umfang im Kraftstoffsektor eingesetzt. In der Europäischen Union kann Methanol bis zu 3% als Beimischung zum Benzin eingesetzt werden. Über Verfahren wie Methanol to Gasoline lässt sich aus Methanol Motorenbenzin herstellen, Folgeprodukte wie Dimethylether sind als Ersatz für Dieselkraftstoff verwendbar.

Für die Nutzung von Methanol und seinen Folgeprodukten wie Diemethylether müssen die bestehenden Verbrennungsmotoren weiterentwickelt werden oder als Flexible Fuel Vehicle für verschiedene Kraftstoffarten nutzbar sein. Möglich sind auch Antriebe auf Basis von Brennstoffzellen.

Herstellung

Methanol wird technisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff erzeugt. Dieses Synthesegas genannte Gemisch wird vorwiegend aus Erdgas gewonnen. Idealerweise könnte der Kohlenstoff für die Methanolsynthese künftig mithilfe regenerativer Energien aus atmosphärischer statt fossiler Quelle gewonnen werden. Dies ist alternativ zu den sich erschöpfenden Erdöl, -gas und Kohlevorräte und der begrenzt verwendbaren Biomasse ein möglicher Weg zur Bereitstellung von Kohlenstoff.

Im Jahr 2005 veröffentlichte Nobelpreisträger George A. Olah das Buch Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy in dem Chancen und Möglichkeiten der Methanolwirtschaft diskutiert werden. Er verzeichnet Argumente gegen die Wasserstoffwirtschaft und erläutert Möglichkeiten der Erzeugung des Methanols aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) oder Methan.^[1][2]

Olah schlägt vor, Kohlendioxid aus der Luft durch Absorbieren an geeignete Trägermaterialien anzureichern, aus denen es in konzentrierter Form wiedergewonnen werden könnte. Kaliumhydroxid und Calciumcarbonat werden als mögliche, aber wegen des hohen Energieaufwands zur Freisetzung des Kohlendioxids nicht ideale Absorbentien, genannt. Es ist jedoch ersichtlich, dass bessere Substanzen entwickelt werden müssen. Der Gewinnungsprozess aus Umgebungsluft ist wegen der niedrigen CO₂-Konzentration in der Luft (0,037%) der zur Zeit teuerste.

Alternativ wird, zumindest bis zum Ende der fossilen Energiewirtschaft, die Wiederverwendung gefilterter Verbrennungsabgase aus Kraftwerken mit bis zu 15%igem CO₂-Anteil diskutiert. Allerdings würde dieses Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen. Ohnedies würde dieser Weg nur so lange zur Verfügung stehen, wie es noch fossil betriebene Kraftwerke gibt.

„Es wird vorgeschlagen, dass Methanol verwendet wird als (i) ein bequemes Energiespeichermedium, (ii) ein leicht transportierter und vertriebener Treibstoff, inklusive Verwendungen bei Methanolbrennstoffzellen, und (iii) als Einsatzstoff für synthetische Kohlenwasserstoffe und ihre Produkte, einschließlich Polymere und Einzelzellproteine (zur Tiernahrung und/oder menschlichem Verzehr). Die Kohlenstoffquelle wird letztendlich die Luft sein, die allen auf der Erde zur Verfügung steht, während die notwendige Energie aus alternativen Energiequellen, einschließlich Kernenergie, erhalten wird.“

– George A. Olah: Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy, S. 170

Anwendung

Methanol und seine Folgeprodukte wie Dimethylether können dann sowohl in klassischen Verbrennungsmotoren als Kraftstoff auch in Methanolbrennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden.

Speicherung, Transport und Verteilung des bei Raumtemperatur flüssigen Methanols kann die bestehende Infrastruktur und Technik nutzen. Weite Entfernungen zwischen Verbrauchern und Erzeugern regenerativer Energien können dann effizient überbrückt werden. Die Energiespeicherdichte beträgt etwa 50 % der Speicherdichte für Benzin und Diesel.

Große Autohersteller wie Daimler-Benz arbeiten an der Entwicklung von Fahrzeugen, die mit Brennstoffzellen betrieben werden. Auf Grund des höheren Wirkungsgrades wird der Nachteil der geringeren Energiespeicherdichte ausgeglichen. ^[3]

Methanolwirtschaft in China

Laut einer Studie der Unternehmensberatung Methanol Market Services Asia (MMSA) wird geschätzt, dass die weltweite Kapazität in den Jahren bis 2027 um 55,8 Millionen Tonnen zunehmen wird, von denen 38 Millionen Tonnen als Kraftstoff verwendet werden.

Die Produktion von Methanol in China basiert überwiegend auf Kohle und soll sowohl als hoch Methanol-haltiger Kraftstoff wie M85 und M100 als auch als Derivat wie Diemethyletehr verwendet werden. Im Jahr 2007 lag der Preis für Spot-Methanol in China bei circa 40% des Preises für Benzin. Staatliche Kommissionen in China arbeiten an nationalen Methanol-Kraftstoff-Standards, chinesische Automobilhersteller arbeiten an verbesserten Methanolmotoren.

Die chinesische Kapazität der Dimethylether-Produktion aus Methanol soll von knapp einer Million Tonnen im Jahr 2007 auf über sechs Millionen Tonnen steigen. Die Firma Sinopec alleine will ihre DME-Kapazität auf drei Millionen Tonnen ausbauen.^[4]

Vorteile

Methanol ist bezogen auf Volumen und Gewicht ein leistungsfähiger Energiespeicher und kann über die vorhandene Benzininfrastruktur vertrieben werden. Methanol kann mit Benzin gemischt werden und dient als Rohstoff für die chemische Industrie. Methanol kann aus Synthesegas aus jedem organischen Material mit den bekannten Nieder- und Mitteldruck-Verfahren hergestellt werden.

Nachteile

Nachteilig sind die hohen Energiekosten, die mit dem Erzeugen des Wasserstoffs verbunden sind. Die Herstellung aus Synthesegas erfolgt momentan aus fossilen Brennstoffen. Die Energiedichte nach Gewicht oder Volumen ist nur halb so groß wie bei Benzin. Methanol ätzt Aluminium, die Verwendung von Aluminiumteilen im Motor-Kraftstoffeinlaß-System kann daher problematisch sein.

Durch die Hydrophilie können sich feste gelartige Einlagerungen im Kraftstoffeinlaß-System bilden, besonders bei kaltem Wetter, die ätzend sind und sich in einen nicht brennbaren Bestandteil trennen können. Methanol, wie auch Spiritus, erhöht die Permeabilität einiger Kunststoffe für Kraftstoffdämpfe, zum Beispiel bei Polyethylen hoher Dichte. Diese Eigenschaft des Methanols birgt das Risiko einer Erhöhung von Emissionen an flüchtigen organischen Stoffe (VOCs) aus dem Kraftstoff, was zu erhöhtem troposphärischem Ozon beiträgt.

Methanol besitzt eine niedrige Flüchtigkeit bei kalten Wetter. Methanol-betriebene Motoren könnten daher Startschwierigkeiten haben und laufen unwirtschaftlich bis zur Erreichung der Betriebestemperatur. Methanol ist giftig und weist sogar eine geringere letale Dosis bei der oralen Aufnahme auf als Benzin. Auf der anderen Seite enthält es – anders als Benzin – keine karzinogenen Stoffe.

Methanol ist eine Flüssigkeit, was eine größere Brandgefahr verursacht; anders als Wasserstoff und andere Gase diffundiert Methanol nicht von Leckstellen weg. Methanol, das versehentlich beim Auslaufen unterirdischer Kraftstofftanks freigesetzt wird, kann verhältnismäßig schnell in das Grundwasser gelangen und Quellwasser verschmutzen, obgleich diese Gefahr nicht gänzlich untersucht worden ist. Die Geschichte des Kraftstoffadditiven Methyl-tert-butylethers (MTBE) als Grundwasserverunreiniger hat die Wichtigkeit des Feststellens möglicher Auswirkungen des Kraftstoffs und von Kraftstoffzusätzen hervorgehoben.

Quellen

1. ↑ G. A. Olah, A. Goeppert, G. K. Surya Prakash: Beyond oil and gas: the methanol economy (als Google-Book)}
2. ↑ The Methanol Alternative von Robert Zubrin in The New Atlantis
3. ↑ Das gezähmte Knallgas in Die Zeit
4. ↑ Methanol and Derivates Analysis 2007 von MMSA

Literatur

• F. Asinger: Methanol, Chemie- und Energierohstoff. Akademie-Verlag, Berlin, 1987, ISBN 3-05500341-1, ISBN 978-3-05500341-7.

Weblinks

• An Investigation of the Feasibility of Coal-Based Methanol for Applications in Transportation Fuel Cell Systems, Veröffentlichung der Georgetown University
• Methanol statt Wasserstoff, Interview mit George Olah, Technology Review
• M. Specht und A. Band, "Der Methanolkreislauf" , Themen 98/99 "Nachhaltigkeit der Energie", Forschungsverbund Sonnenenergie, S. 59, Köln, 1999 (PDF-Datei; 671 kB)
• Methanolwirtschaft auf energieinfo.de
• Die Mär vom Wasserstoff, Die Zeit 42/2004
• Buchbesprechung:Beyond Oil and Gas Jürgen O. Metzger, Universität Oldenburg (PDF-Datei; 171 kB)
• Methanol als Energieträger, Schriften des Forschungszentrums Jülich, Reihe Energietechnik, Band 28