Leginkább a rosszul főzött pálinkával kapcsolatban találkozhatunk a metanol nevével, ami elfogyasztva rendkívül ártalmas egészségünkre. Nem kell azonban megijedni tőle, vannak hasznos tulajdonságai is. A metanol ugyanis nyersanyag- és energiaforrásként is alkalmazható, felhasználását pedig már évek óta kutatják.

Ismerkedjünk meg a metanollal!

A metil-alkohol (CH₃OH, másik nevén faszesz) a legegyszerűbb szerkezetű alkohol. Színtelen, gyúlékony folyadék, amelynek legnagyobb veszélye az, hogy szagát tekintve rendkívül nehéz megkülönböztetni az etanoltól. Ez azért is gond, mert az etanoltól eltérően a metanol szervezetben történő bomlása során formaldehid keletkezik, amely igen erős sejtméreg. Éppen ezért fontos a legtöbb alkohol házi készítésekor odafigyelni a megfelelő desztillálásra, amivel szétválasztható az etil-alkohol és a hasonlóan részegséget okozó, de már kisebb mennyiség elfogyasztásakor is súlyos következményekkel (szédüléssel, vaksággal, de akár halállal is) járó metil-alkohol. Meglepő módon azonban például a borok is tartalmaznak metanolt, csak annyira minimális mennyiségben, hogy ez egyáltalán nem ártalmas az egészségünkre.

Miért hasznos akkor számunkra a metil-alkohol?

A fent említett káros hatások mellett azért számos területen van haszna a metanolnak. Előszeretettel alkalmazzák például üzemanyag-adalékként vagy néhány esetben üzemanyagként is, bár tény, hogy a többi alkohol, köztük az etanol elterjedtebb ezen a téren. A metanolnak előnyös tulajdonsága, hogy benzinnel korlátlanul elegyíthető, így könnyedén hozzá tudják keverni. Másik fontos felhasználási területe az üzemanyagcellákhoz kapcsolódik. Eddig a hidrogén alapú cellák uralták a piacot, de ezek egyik hátránya az, hogy használatukhoz ki kell építeni egy teljes töltőhálózatot. Ez a metanol esetében nem szükséges, így elméletileg sokkal egyszerűbb lenne alkalmazni.

Hogyan lehet előállítani környezetbarát módon?

A metil-alkoholt már több száz évvel ezelőtt sikerült előállítani a fa száraz lepárlásával (fa hevítésével oxigéntől elzárva), innen kapta köznapi nevét is. Régebben ládaszesznek is hívták, mivel először a ládakészítéshez is használt fából hozták létre. Manapság elsősorban úgy állítják elő, hogy a földgázt átalakítják egy szén-monoxidból és hidrogénből álló gázeleggyé, ebből pedig katalizátor jelenlétében metanolt nyernek [SZVT].

Bár sokféleképpen elő lehet állítani, ahhoz, hogy teljesen zöld alternatív energiaforrásként lehessen használni, speciális reakciókat kell alapul venni. Oláh György magyar származású Nobel-díjas vegyész úgy vélekedett, hogy ha képesek lennénk valamilyen módon összegyűjteni a tengerfenéken nagy mennyiségben képződő metánt, akkor ezt brómozva, majd hidrolizálva metanolhoz juthatunk, a kialakult mellékterméket pedig vissza lehet alakítani elemi brómmá. Ezt vissza is lehet forgatni a reakcióba, tehát csak a metánra lenne szükségünk [2, SZVT].

Egy másik megközelítés szerint szén-dioxidból is elő lehet állítani metil-alkoholt, ez rendkívül környezetbarát megoldásnak számít. Korábbi cikkünkben kitértünk egy Izlandról származó innovációra, náluk a légkörből megkötött szén-dioxid felhasználásával állítanak elő metanolt, az első ilyen gyárat pedig már át is adták Kínában. Ezzel az erősen üvegházhatású szén-dioxid kibocsátását is csökkentik, így zöldebb módon állítják elő a metil-alkoholt.

Metil-alkohol az autókban

Mint említettük, a metanol kiváló üzemanyag-adalékként szolgálhat, mivel belőle állítják elő a metil-terc-butilétert (MTBE), amelyet a benzin oktánszámnövelésére használnak, emellett csökkentheti a kipufogó gáz kibocsátását. Ezenfelül bioüzemanyagok gyártásához is hasznosnak bizonyulhat. Ilyen és ehhez hasonló metanollal kevert benzint már az 1980-as évektől alkalmaznak Kínában, azóta pedig Indiában és Dániában is megjelentek különböző keverékek. Továbbá több európai országban – köztük Olaszországban, Németországban vagy az Egyesült Királyságban – is kísérleteznek bevezetésükkel.

Kínában a rossz levegő miatti szigorú előírások okán ennél is tovább mentek, és már 110 M100-as (vagyis teljes mértékben metanolt tartalmazó) üzemanyagtöltő állomást telepítettek több tartományban. Így lecsökkenthetik az üvegházhatású gázok termelődését. Ezek egyelőre csak a speciálisan metanollal üzemelő taxikat és egyes hibrid autókat képesek ellátni, de remélhetőleg a közeljövőben szélesedik felhasználási területük.

Metanol mint üzemanyagcella

Az üzemanyagcellák működése azon alapul, hogy a kémiai energiát elektromos árammá alakítják át redoxi reakciók segítségével. Itt jön képbe a hidrogéngáz, amely egyfajta energiaforrásként működik, mivel oxidációja révén az áramkörben elektromos áramot fejleszt, miközben egy másik, redukciós lépés során a betáplált oxigénből és egy pozitív töltésű hidrogénionból víz jön létre. Ez azonban nem megy végbe magától, szükség van hozzá egy katalizátorra is, amely leggyakrabban platina és nikkel szokott lenni. A folyamat az elektródákon megy végbe, amelyek anyaga nem fogy el, így megfelelő üzemanyag bevezetésével ez a rendszer sokáig fenntartható.  

Az ezen a működési elven alapuló hidrogénmeghajtású üzemanyagcellát nevezik protoncsere-membrános (PEM) cellának, amely már egyes autók prototípusaiban is megtalálható. A fő előnye egy ilyen autónak az, hogy mivel a hidrogén használatakor csak víz és hő keletkezik melléktermékként, nem bocsát ki üvegházhatású gázokat. A szóban forgó autók azonban nem tévesztendők össze a széles körben elterjedt elektromos járművekkel, amelyek lítiumion alapú akkumulátorokban tárolják az energiát, például a Tesla autói is így működnek. Ezekkel szemben a hidrogéncellának nagy előnye, hogy mellőzi a lítiumot, amelynek kitermelése és gyártása is nagyban szennyezi a környezetet.

A cella működéséhez azonban szükséges valahonnan biztosítani a hidrogént, amelyet sokszor földgázból vagy metánból állíthatnak elő. Ekkor azonban a termékként létrejövő hidrogéngáz mellett erősen üvegházhatású szén-dioxid is termelődik, amely a tavalyi évben így is rekordot ért el a kibocsátás szempontjából.

Szerencsére a közelmúltban sikerült olyan eljárásokat is kifejleszteni, ahol a víz elektrolízisével állítható elő úgynevezett zöld hidrogén. A gyártás során így egyáltalán nem keletkezik üvegházhatású gáz.

Ahogy azonban korábban is említettük, az ilyen elven működő elektromos autók használatához speciális töltőállomások létesítésére van szükség, és nem lehet közvetlenül alkalmazni a hidrogént, mivel nehézkes a tárolása. Közvetett módon először a metánból hidrogént kell előállítani, amely csak ezután szolgálhat a cella üzemanyagaként. Ezek kiépítése pedig rendkívül költséges, így az ilyen elven működő autók egyelőre nem terjedtek el.

Ennek egyik alternatívájaként jöhet képbe a metanolt alkalmazó üzemanyagcella. Oláh György már egy 2007-ben megjelent publikációjában értekezett a metanol felhasználhatóságáról kőolaj és földgáz helyett. Elgondolása szerint a metanolos üzemanyagcellák akár még a hidrogén alapú társaiknál is hasznosabbak lehetnek. Ezeket direkt metanolos üzemanyagcellának hívjuk (DMFC), amelyek hasonló elven működnek, mint a PEM típusú cellák. Itt az a fő különbség, hogy a betáplált metanolból szén-dioxid lesz, miközben az oxigén vízgőzzé alakulva távozik a rendszerből elektromos áram fejlesztése közben. Nagy előnye a protoncsere-membrános típussal szemben, hogy a metanolt közvetlenül lehet alkalmazni, szállítása és tárolása pedig sokkal egyszerűbb, mint a hidrogéné. Problémát okozhat azonban a cellában a fejlődő szén-dioxid, de ezt, ha kell, könnyedén vissza lehet forgatni akár metanol előállítására, így akár egy fenntartható folyamat is létrehozható. A legjelentősebb probléma az ilyen üzemanyagcellákkal egyelőre az, hogy viszonylag alacsony hatásfokkal képesek dolgozni. A DMFC ugyanis csak nagyjából 30%-os teljesítményt tud elérni, így egyelőre nem használható autók meghajtására. Manapság is csak egyes elektronikai és kommunikációs eszközökben alkalmazzák.

Összegzés

A metanol – annak ellenére, hogy akár végezhet is velünk – fontos társunk lehet a jövőben. Egyes országokban már fel is fedezték hasznos tulajdonságait, és sikerrel alkalmazzák autók üzemanyagaként és más módokon. Ezenfelül a hidrogénhajtású autók alternatívájaként remek eszköz lehetne a zöld közlekedés elérésében. Addig azonban, amíg a tudósoknak nem sikerül javítani a metanolos üzemanyagcella hatásfokán, meg kell elégednünk a manapság is elérhető akkumulátoros elektromos autókkal.