Η μεθανόλη στη μάχη για το καύσιμο του μέλλοντος

Γιατί τα φώτα της δημοσιότητας στρέφονται στη μεθανόλη;

Με την εμφάνιση νέων και ανησυχητικών κλιματικών φαινομένων, οι κυβερνήσεις και οι διεθνείς οργανισμοί σε όλο τον κόσμο αγωνίζονται για λύσεις στην αυξανόμενη περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε άνθρακα και αέρια του θερμοκηπίου. Οι δευτερογενείς επιπτώσεις αυτού γίνονται αισθητές και στη ναυτιλιακή βιομηχανία, όπως οι στόχοι του ΙΜΟ για το 2030 και το 2050. Η μεθανόλη διαμορφώνεται για να γίνει ένα πολλά υποσχόμενο εναλλακτικό καύσιμο, καθώς τσεκάρει τα περισσότερα από τα κουτιά που επιθυμούν οι ναυτιλιακές εταιρείες σε ένα καύσιμο του μέλλοντος. Και η αποδοχή της μεθανόλης αυξάνεται πιθανώς λόγω της σκέψης ότι ένα τέλειο καύσιμο που λύνει όλα τα προβλήματά μας μπορεί να μην ανακαλυφθεί ποτέ εγκαίρως.

Ποια κουτιά τσεκάρει η μεθανόλη στην τέλεια λίστα καυσίμων;

Η μεθανόλη έχει πολλά πράγματα για αυτό, αλλά αναμφισβήτητα ο πιο σημαντικός παράγοντας υπέρ της είναι η ωριμότητα της τεχνολογίας στο χειρισμό της μεθανόλης. Η μεθανόλη έχει πολλές χρήσεις στην παραγωγή και την κατασκευή εκτός από το να χρησιμοποιείται ως καύσιμο, όπως χρησιμοποιείται στην παραγωγή πολυμερών, δηλαδή πλαστικών, χρωμάτων, βερνικιών και προϊόντων καθαρισμού. Όλα αυτά έχουν ήδη βάλει τη μεθανόλη στη λίστα των 5 κορυφαίων μεταφερόμενων εμπορευμάτων στον κόσμο, με μια αξιοσημείωτη βάση γνώσεων σχετικά με το χειρισμό και τη μεταφορά της μεθανόλης που υπάρχει. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα έναντι των ανταγωνιστών όπως το υδρογόνο και η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιούνται για την οδήγηση πλοίων, καθώς υπάρχει ήδη μια καλά αναπτυγμένη υποδομή και αλυσίδα εφοδιασμού για την παραγωγή και τη μεταφορά μεθανόλης.

Όταν αποφασίζετε για το μέλλον ενός καυσίμου, η εφοδιαστική παίζει βασικό ρόλο και εδώ η μεθανόλη βαθμολογείται καλά έναντι των ανταγωνιστών της. Η μεθανόλη είναι υγρή σε θερμοκρασία δωματίου, γεγονός που καθιστά πολύ πιο εύκολη και λιγότερο ενεργοβόρα την αποθήκευση από τα κρυογονικά αντίστοιχά της, όπως η αμμωνία, το LNG και το υδρογόνο. Για να μην αναφέρουμε ότι η ήδη υπάρχουσα τεχνολογία και υποδομή χρειάζονται μόνο μικρές τροποποιήσεις για να επαναχρησιμοποιηθούν για να φιλοξενήσουν μεθανόλη. Αυτό μπορεί να εξαχθεί από το γεγονός ότι υπήρξε σημαντική επιτυχία και αποδοχή σε άλλους τομείς για τη μεθανόλη, όπως στην Κίνα όπου η μεθανόλη προωθείται επιθετικά, με την παγκόσμια κατανάλωση μεθανόλης 57% να προέρχεται μόνο από τη χώρα, να χρησιμοποιείται σε οχήματα, εξοπλισμό θέρμανσης κ.λπ. Η Ευρώπη προωθεί επίσης τη χρήση μεθανόλης ως καυσίμου, ακόμη και κινητήρες υψηλής ισχύος όπως αυτοί στους αγώνες drag έχουν βρει ότι η μεθανόλη αντικαθιστά τη βενζίνη.

Φέτος, στο Ρότερνταμ, μια δεξαμενή μεθανόλης από φορτηγίδα σε πλοίο έγινε στο δεξαμενόπλοιο χημικών Takaroa Sun, ιδιοκτησίας NYK Bulkship.  

Η βιοαποικοδομήσιμη φύση της μεθανόλης της δίνει ένα πολύ σαφές πλεονέκτημα έναντι των ορυκτών καυσίμων και ορισμένων άλλων ενεργειακών εναλλακτικών λύσεων. Το γεγονός ότι είναι βιοαποικοδομήσιμη σημαίνει απλώς ότι ακόμη και αν υπάρχει περίπτωση ολίσθησης ή διαρροής μεθανόλης, η μεθανόλη είναι εξαιρετικά βιοδιασπώμενη, τα ίχνη της απομακρύνονται φυσικά σε περίπου 7 ημέρες.

Προς το παρόν, το κόστος της μεθανόλης ανά GJ είναι υψηλότερο όχι μόνο από τα συμβατικά καύσιμα, αλλά το κόστος της μεθανόλης που παράγεται από οργανικές πρώτες ύλες είναι μεγαλύτερο από αυτό των ορυκτών πρώτων υλών. Το κόστος του εργοστασίου και η παραγωγική ικανότητα είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την τιμή, αλλά το ενθαρρυντικό γεγονός είναι ότι μεγάλοι παίκτες όπως η Maersk επιδιώκουν τη μεθανόλη ως επιλογή πράσινου καυσίμου. Και με άλλους να ακολουθούν το παράδειγμά της, η τιμή της μεθανόλης που μειώνεται έχει γίνει ουσιαστικά μια αυτοεκπληρούμενη προφητεία. 

Ο απώτερος στόχος στην εξέλιξη της παραγωγικής διαδικασίας της μεθανόλης θα ήταν η πλήρης παραγωγή της από ανανεώσιμες πηγές. Ο άνθρακας λαμβάνεται μέσω δέσμευσης άνθρακα από την ατμόσφαιρα και το υδρογόνο λαμβάνεται μέσω ανανεώσιμων πηγών όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια. Αλλά σε μεταβατικό στάδιο, για τις επόμενες δεκαετίες, η μεθανόλη που παράγεται από βιομάζα, ειδικά η αφθονία της στη νοτιοανατολική Ασία (Ινδονησία, Μαλαισία κ.λπ.) δηλαδή τα φοινικέλαια είναι μια βιώσιμη εναλλακτική λύση. Η απόδοση είναι αρκετά υψηλή και συνολικά δεν υπάρχουν εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.

Διείσδυση της μεθανόλης στη βιομηχανία

Η εισαγωγή της μεθανόλης στον θαλάσσιο τομέα συνεχίζεται εδώ και αρκετό καιρό, με το πιλοτικό πρόγραμμα Green, μια μετασκευή ενός σκάφους που κατασκευάστηκε το 1996, Ένας από τους δύο κινητήρες Cummings αντικαταστάθηκε με έναν κινητήρα ντίζελ Weichai ή Scania για να κάψει μεθανόλη. Με το πέρασμα του χρόνου οι μετασκευές έχουν γίνει πιο εξορθολογισμένες από την πλήρη αντικατάσταση των κινητήρων.

Το πρώτο μεγάλο όνομα στη λίστα των μετατροπών είναι το πολωνικό Stena Germanica, η μετασκευή του ξεκίνησε το 2015 και αργότερα και οι 4 κινητήρες του μετατράπηκαν σε διπλού καυσίμου, με την επιλογή της χρήσης ανακυκλωμένης μεθανόλης και δεδομένου ότι ήταν μία από τις αρχικές μετατροπές, διατήρησε τη δυνατότητα χρήσης συμβατικών καυσίμων για αξιοπιστία. Πρόσφατα , η Stena ένωσε τα χέρια με την Proman, τον μεγαλύτερο παραγωγό μεθανόλης στον κόσμο, για να αναπτύξει λύσεις μετασκευής και εφοδιαστικής αλυσίδας για υπάρχοντα σκάφη για να τα βοηθήσει να προσαρμοστούν στη μεθανόλη στο μέλλον. 

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για τη μετατροπή ενός κινητήρα σε μεθανόλη και ο καθένας έχει τις προκλήσεις του, το πιλοτικό πρόγραμμα Green άλλαξε τα μπεκ ψεκασμού καυσίμου και επαναχαρτοποίησε το ECU του κινητήρα. Η σύνθεση του καυσίμου άλλαξε επίσης για να προστεθεί ένα βελτιωτικό καύσης 5% για να εξασφαλιστεί αξιόπιστη καύση. Οι εγχυτήρες καυσίμου και οι ψεκαστήρες πρέπει να αλλάξουν για να αντισταθμίσουν το γεγονός ότι η μεθανόλη έχει χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από το βαρύ καύσιμο.

Ο δίχρονος κινητήρας B&W ME LGI της MAN που τροφοδοτείται από μεθανόλη χρησιμοποιείται σε πλοία που μεταφέρουν μεθανόλη και βρίσκει όλο και μεγαλύτερη χρήση σε άλλα πλοία με την αλλαγή στην οικονομία όσον αφορά τη μεθανόλη.

Οι πιο πρόσφατες προσθήκες είναι αυτές της Mitsui O.S.K lines (MOL) η οποία διαθέτει το πιο προηγμένο σύστημα καύσης μεθανόλης. Το πρόσφατα εισαγόμενο σκάφος της MOL, Capilano Sun είναι σε θέση να επιτύχει την απαίτηση NOX Tier III ακόμη και χωρίς πλυντρίδα. Αυτό έχει επιτευχθεί με την έγχυση νερού μαζί με τη μεθανόλη. Η έγχυση νερού μαζί με τη μεθανόλη γενικά παρέχει πολλαπλά οφέλη. Η θερμοκρασία ολόκληρου του κυλίνδρου παραμένει πιο ομοιόμορφη καθώς το νερό εξατμίζεται στον κύλινδρο εμποδίζοντας το σχηματισμό "καυτών σημείων" που μειώνουν την απόδοση και τη διάρκεια ζωής του κινητήρα. Η εξάτμιση του νερού μειώνει επίσης τη θερμοκρασία επιτρέποντας έτσι μεγαλύτερη αναλογία αέρα-καυσίμου, επιτρέποντας με τη σειρά του πιο επιθετικούς χρονισμούς ανάφλεξης και μεγαλύτερη υπερσυμπίεση. Το νερό εξατμίζεται και δημιουργεί πίεση που οδηγεί το έμβολο και όχι η ενέργεια που σπαταλάται παράγοντας θερμότητα.

Προκλήσεις με μεθανόλη

Η μεγαλύτερη πρόκληση που συνδέεται με τη μεθανόλη στο δρόμο της για να αναλάβει ως καύσιμο του μέλλοντος είναι η χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα. Το βαρύ μαζούτ έχει 2,5 φορές την ενεργειακή πυκνότητα ανά μονάδα όγκου από τη μεθανόλη. Αυτό σημαίνει ότι θα απαιτηθούν μεγαλύτερες δεξαμενές και μεγαλύτερος όγκος καυσίμων για το ίδιο ταξίδι. Τα περισσότερα από τα πλοία φιλοξενούν μεθανόλη μετατρέποντας τις δεξαμενές έρματος του πλοίου για την αποθήκευση μεθανόλης. Το ατυχές αποτέλεσμα αυτού είναι ότι τα πλοία που πραγματοποιούν μεγάλα ταξίδια και πλοία βαθέων υδάτων, όπως τα δεξαμενόπλοια χύδην φορτίου (VLCC / ULCC) ή τα πλοία χύδην ξηρού φορτίου, δεν θα μπορούν να μετατραπούν καθόλου σε μεθανόλη για το προβλέψιμο, καθώς δεν θα υπάρχουν επιλογές ανεφοδιασμού καυσίμων ή λιμάνια άμεσα διαθέσιμα.

Η επόμενη πρόκληση είναι η μέθοδος παραγωγής μεθανόλης, η οποία προς το παρόν είναι καθαρός ρυπαντής του κόσμου. Η παραγωγή που, εκείνη την εποχή, γίνεται από ορυκτές πρώτες ύλες συμβάλλει στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου ακόμη περισσότερο από την άμεση καύση ορυκτών καυσίμων. Η επίτευξη οικονομιών κλίμακας στην παραγωγή της με ουδέτερο ισοζύγιο άνθρακα είναι επιτακτική.

Η μεθανόλη παράγει φορμαλδεΰδη μετά από ατελή καύση, η οποία είναι γνωστός ρύπος και καρκινογόνος, αλλά αυτό το πρόβλημα δεν εμφανίζεται σε κινητήρες ντίζελ υψηλής θερμοκρασίας (μεγαλύτερη από 1500 μοίρες).

Δεν είναι ότι η μεθανόλη είναι το ιδανικό καύσιμο του μέλλοντος χωρίς μειονεκτήματα ή κινδύνους. Η μεθανόλη έχει εγγενείς προκλήσεις που σχετίζονται με τη χρήση της, όπως ότι είναι δηλητηριώδης. Μια δόση τόσο χαμηλή όσο 10ml μπορεί να προκαλέσει αρκετή βλάβη στο οπτικό νεύρο για να προκαλέσει τύφλωση και μια δόση περίπου 30ml μπορεί να προκαλέσει θάνατο. Η απορρόφηση της μεθανόλης στο δέρμα, η εισπνοή ατμών, η επαφή με τα μάτια ή η κατάποση μπορεί να προκαλέσει δηλητηρίαση από μεθανόλη. Η φλόγα της μεθανόλης μπορεί να μην είναι ορατή κάτω από το φως της ημέρας καθώς καίγεται σε ψυχρότερη θερμοκρασία από τα ορυκτά καύσιμα. Έτσι, απαιτούνται κατάλληλα εργαλεία, όπως προστατευτικός εξοπλισμός και επιβραδυντικό φλόγας, μαζί με αναπνευστικό εξοπλισμό, καθώς μόνο μια επικίνδυνη δόση μεθανόλης είναι ανιχνεύσιμη από την οσμή.

Η επόμενη αρνητική πλευρά της μεθανόλης είναι η διαβρωτική της φύση. Η μεθανόλη διαβρώνει ορισμένα μέταλλα όπως ο ανθρακούχος χάλυβας και το αλουμίνιο, οπότε ο σχεδιασμός δεξαμενών, εύκαμπτων σωλήνων, αποθήκευσης, εξαρτημάτων κινητήρα και γραμμής τροφοδοσίας πρέπει να σχεδιαστεί με αυτό κατά νου. Για παράδειγμα, οι εύκαμπτοι σωλήνες και οι δεξαμενές αποθήκευσης είναι διπλού τοιχώματος για την αποφυγή διαρροής. Ο διεθνής κώδικας ασφάλειας για πλοία που χρησιμοποιούν αέρια ή άλλα καύσιμα χαμηλού σημείου ανάφλεξης είναι γνωστός ως κώδικας IGF. Αυτό παρέχει το ρυθμιστικό πλαίσιο για την εφαρμογή εναλλακτικών καυσίμων στα πλοία. Αυτός ο κωδικός τέθηκε σε ισχύ την 1η Ιανουαρίου 2017. Επιβάλλοντας υποχρεωτικά μέτρα για την εγκατάσταση, τη λειτουργία και την παρακολούθηση μηχανημάτων και συστημάτων, ο κώδικας αυτός στοχεύει στην ελαχιστοποίηση του κινδύνου για το περιβάλλον και το πλήρωμα.

Όσον αφορά τις επενδύσεις, τα πλοία που κινούνται με μεθανόλη είναι συγκριτικά ακριβά από τα παραδοσιακά πλοία που κινούνται με ορυκτά καύσιμα. Η Maersk έχει παραγγείλει8 πλοία διπλού καυσίμου στα ναυπηγεία Hyundai της Νότιας Κορέας. Αυτά τα πλοία έχουν τιμή 175 εκατομμύρια δολάρια το καθένα, το οποίο αντιπροσωπεύει 10-15% περισσότερο από τα παραδοσιακά πλοία καυσίμων καυσίμων. Η υψηλή αρχική επένδυση γίνεται συχνά η μεγαλύτερη πρόκληση για κάθε νέα τεχνολογία στην εύρεση προσαρμοστικότητας σε ολόκληρο τον κλάδο.

Με το βλέμμα στραμμένο στο μέλλον

Η μεθανόλη παρουσιάζει μεγάλες δυνατότητες ως καύσιμο του μέλλοντος, καθώς έχει ευνοϊκά χαρακτηριστικά μείωσης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, έχει χαμηλές εκπομπές ρύπων και είναι εύκολο να χειριστεί, αλλά ταυτόχρονα, το καύσιμο είναι επίσης εξαιρετικά διαβρωτικό και απαιτεί τεράστια επένδυση στη μετατροπή των συστημάτων πρόωσης στα πλοία. Παρόλο που η μεθανόλη είναι ένα καύσιμο καθαρότερης καύσης από τα συμβατικά καύσιμα όπως το ντίζελ πλοίων, επί του παρόντος η μεθανόλη παράγεται κυρίως με τρόπο έντασης άνθρακα. Δεδομένου ότι η αλλαγή σε πιο πράσινα καύσιμα είναι αδιαπραγμάτευτη και είναι ατυχές το γεγονός ότι καμία από τις επιλογές στο τραπέζι δεν είναι αρκετά ώριμη για να αναλάβει τον μανδύα του νέου καυσίμου. Η επιλογή αυτή τη στιγμή κλίνει περισσότερο προς τους περιορισμούς που μπορούμε να ανεχτούμε παρά προς τα πλεονεκτήματα που έχει ένα καύσιμο. Ωστόσο, η μεθανόλη, όπως και μόνο μερικοί άλλοι από το ilk της, δείχνει υπόσχεση, ότι μια μέρα τα πλεονεκτήματά της θα ξεπεράσουν τους περιορισμούς της.