GUIDAD TUR I FÖRRA INLÄGGETS FIGUR

Förra blogg-inlägget, Metanol i en cirkulär ekonomi, handlade om hur vi med naturen som förebild kan köra runt CO2 klimatneutralt istället för att öka halten av CO2 i atmosfären (som vi gör när vi bränner de fossila bränslena).

Figuren från Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy kan man som snabbläsare svepa över på ett ögonblick utan att nå insikten vad den ger för info.

För den intresserade följer här en guidad tur genom labyrinten.

1. Klicka på figuren för att förstora den. Den engelska figurtexten blir läsbar.

2. Börja i den inre cirkeln längst ner i sydväst och bränn metanol:

CH3OH + 3/2O2 --------> CO2 + 2H2O

                Metanol     Syre          Koldioxid   Vatten

3. Fortsätt motsols till inre cirkelns “sydpol” där CO2 tas in genom gröna blads klyvöppningar och tillsammans med vatten blir till biomassa (glukos) och syre genom fotosyntesen med sol som energikälla och klorofyll som katalysator:

                                                 solenergi      

                6CO2       +      6H2O ----------> (CH2O)₆       +       6O2

                Koldioxid        Vatten           Glukos(biomassa)       Syre

4. Fortsätt denna yttre slinga medsols och förgasa (upphetta med begränsat lufttillträde) biomassa till syntesgas:

                                förgasning

                (CH2O)₆ -----------> H2   +   CO     +     CO2

                Biomassa               Väte Kolmonoxid Koldioxid              

5. Fortsätt norrut till vägskälet där syntesgasen blir till methanol/DME som antingen genom kemisk industri kan bli syntetiska kolväten och deras produkter (färger, plaster, VVS-, elisolerings- och byggnadsmaterial osv (norrut) eller gå österut som bränsle och drivmedel tillbaka in i inre cirkeln motsols.

6. Fortsätt följa CO2 -molekylerna motsols i inre cirkeln (förbi avfarten till biomassa) och slå följe med CO2 som infångats från fossileldade kraftverk och industrier och passera avfarten till CCS (Carbon Capture and Sequestration/Storage) och kom till cirkelns ”nordpol” för kemisk recirkulering av CO2.

·      Produktion av väte genom sönderdelning av vatten med elektrolys

            el

H2O --------> H2 + ½O2

Vatten         Väte   Syre

Sedan följer metanolsyntesen:

CO2    +   3H2 ------> CH3OH + H2O

Koldioxid Väte         Metanol    Vatten

En tredjedel av det dyra vätet blir åter vatten i ovanstående metanolsyntes. Därför pågår intensiv forskning om

·      t ex elektrokemisk produktion av syntesgas och sedan metanolsyntes.

·      eller elektrokemisk reduktion av CO2 till metanol.

Detta koncept att utnyttja både naturens kolkretslopp genom biomassa och ett antropogent (av människan skapat) kolkretslopp genom metanolsyntes öppnar långsiktigt för en hållbar lösning på energi- och klimatfrågan.

Pudelns kärna i denna metanolsyntes är alltså att det ska vara förnybara energislag (uppradade till höger i figuren): Sol-, Vind-, Vatten-, Geotermisk- och Vågkraft som ger den elektricitet som idag måste till för väteproduktionen. Det framgår av atomenergins placering längst ner i raden till höger, att Olah och hans medarbetare tvekar att benämna den som förnybar. Det kan den dock komma att betraktas som i framtiden, om framsteg görs med torium Generation IV eller fusionsenergi.

J-G Hemming

METANOL I EN CIRKULÄR EKONOMI

Figuren visar hur koldioxiden går runt i en metanolekonomi.
Källa: Olah et al, 2009, Beyond Oil and Gas:
The Methanol Economy

Green Week i Brussel den 3-5 juni hade Circular Economy, saving resources, creating jobs på programmet. I den ambitiösaste av fyra scenarier kan EU år 2050 recirkulera 104,3 miljoner ton CO2 till 71,1 miljoner ton metanol som bensinersättning. Det skulle få hela transportsektorn att klara stigande efterfrågan och priser på drivmedel och samtidigt mildra bilars miljö- och klimatpåverkan.

STOA (Science and Technology Options Assessment) är den panel som ger råd till EU-parlamentet i frågor om vetenskap och teknik. Ett exempel är Methanol: a future transport fuel based on hydrogen and carbon dioxide? Denna färska rapport föreslår en policy som främjar användning av infångad CO2 som råvara för framställning av metanol till drivmedel.

Rapporten börjar med att utgående från ovanstående figur över CO2 recirkulering peka på de kritiska faktorer i konceptet som måste klarläggas:

·      Långsiktig tillgång på CO2 som råvara för produktion av stora mängder drivmedel.

·      Effektivitet och miljöpåverkan av olika tekniker för avskiljning av CO2 från kraftverks och industriers avgaser.

·      Energibalans för omvandling av CO2 till drivmedel. För närvarande måste det till elektricitet, helst från CO2 -fria källor, för produktion av det nödvändiga vätet för metanolens framställning.

·      Kostnader (inklusive motorers och infrastrukturers anpassning) samt emissioner relaterade till olika slags fordon (förbränningsmotorer, hybrider eller bränslecellsfordon) som drivs med metanol.

Därefter avhandlas sammanhang och mål för EUs CO2 -policy med hänvisning till vad som skett och sker i Kina och USA.

Kina är utan jämförelse världens största både producent och konsument av metanol och driver global metanoltillverknings expansion på för närvarande ca 12 % exponentiell tillväxt. Det innebär en dubbling av global metanolproduktions ca 60 miljoner ton/år (2013) till 120 miljoner ton/år på 70/12≈6 år om trenden håller. Flertalet av Kinas 31 provinser har metanol som bensinersättning i form av M15, M30, M45, M60, M85 och M100. Officiellt anges att 8 % av Kinas bensinbehov är ersatt av metanol. Omfattande ”svart” inblandning av billig metanol i dyr bensin gör att den verkliga siffran anses vara ca 10 %. Den kolrika provinsen Shanxi har många metanolfabriker. Ca 100 000 taxibilar är där konverterade till M85 och M100 och det finns planer att konvertera ytterligare 200 000 år 2015.

Ironiskt nog initierades Kinas intresse för metanol som bensinersättning av USA:s framgångar på området efter oljechockerna på 1970/80-talet. Flera kända bilmärken tog då fram flexfuel-versioner med metanolkompatibla bränslesystem som klarade alla blandningsförhållanden bensin/metanol. Den syrerika metanolen både ersatte skadligt tetraetylbly och sänkte väsentligt avgasernas CO, NOx och benzen.

Billig olja återkom emellertid kring sekelskiftet vilket tillsammans med stark oljelobbys motstånd mot billig metanol satte stopp för utbyggnad av metanolmackar till förmån för etanol av majs, som just då gav farmarna överskottsbekymmer.

Några år in på 2000-talet hade så gott som all metanolproduktion försvunnit från USA genom att den främsta råvaran naturgas blev allt dyrare och till och med blev förbjuden att använda till kraftproduktion till förmån för kol. Nu är det som sagt redan andra tider. Intresset har återkommit för billig metanol som ersättning för dyr bensin. Metanolens förespråkare i USA blickar mot Kina för att lära av de kinesiska erfarenheterna under det decennium man missat metanolen i USA.

Nu är Kinas och USA:s roller i en framväxande metanolekonomi alltså åter ombytta. Naturgasboomen i USA (genom den nya ”fracking”-tekniken) har medfört att enorma mängder naturgas facklas, eftersom den inte kan tas omhand i brist på pipelines vid många nya borrhål.  GTL (Gas To Liquid) är en lösning på detta energislöseri och det har drivit fram nya sätt, även småskaliga att producera metanol av sådan naturgas. En växande opinion är för att återuppta flexfuel-konceptet från slutet av 1900-talet. I Kongressen ligger ett lagförslag Open Fuel Standard Act, som kräver av bilindustrin att den producerar

1.    inte mindre än 30 % kvalificerade bilar under modellår 2016

2.    inte mindre än 50 % kvalificerade bilar under modellår 2017 och alla år därefter.

Med kvalificerade bilar avses att de ska kunna drivas med något i hela raden av alternativa drivmedel som metan, metanol, DME, etanol, biodiesel, naturgas, el (alla slag inklusive bränsleceller) eller något annat icke-petroleumbaserat drivmedel.

För EU i en globaliserad värld innebär det att Europas bilindustri också berörs av Open Fuel Standard Act. Om den antas av Kongressen ligger det närmast till för Europas biltillverkare att kvalificera för amerikansk och kinesisk marknad genom att satsa på flexfuel GEM (Gasoline/Ethanol/Methanol) i första hand samt naturligtvis på elfordon av alla slag i den lätta personbilsklassen vartefter elbilstekniken utvecklas och mognar.

Val av policy och slutsatser. Rapporten konstaterar att transportsektorn är under utveckling från en enda motorteknologi (förbränningsmotorer optimerade för fossil bensin/diesel) mot en rad alternativ där förutom petroleumfria flytande och gasformiga drivmedel också ingår elfordon av alla slag.

I ett referensscenario har man så långt möjligt beaktat dagens drivkrafter och trender som BNP-tillväxt och befolkningsökning, teknik- och effektivitetsutveckling. Mot detta har man ställt ett ambitiöst scenario med betydligt högre grad av CO2 recirkulering och kommer då till de i ingressen nämnda siffrorna, att år 2050 omvandlas 104,3 miljoner ton CO2 till 71,1 miljoner ton metanol per år. Resultaten i termer av säkrad drivmedelstillgång skulle bli ännu bättre om ytterligare mängder CO2 recirkulerades på samma sätt för ersättning av diesel i tung vägtransport, sjöfart och om möjligt även viss luftfart.

J-G Hemming

El och DME istället för bensin och diesel

Anthony Greszlers sammanfattning av argumenten för DME i en
Volvo-presentation på Green Truck Summit 2013-03-05.

Metan, det enklaste kolvätet är ett ypperligt bränsle i stationära applikationer, om det finns tillgängligt via ett gasnät. Det är emellertid en alltför svårhanterlig gas som drivmedel i fordon. Ska man ersätta bensin/diesel med metan från biogas eller naturgas, talar allt för att kemiskt först omvandla metan till metanol (den enklaste alkoholen) eller dimetyleter (DME, den enklaste etern). Norge visar att för lätta personbilar är eldrift redan moget för massintroduktion, vilket är ett bättre alternativ än gas.

Långsiktigt är det en allvarlig felinvestering att bygga enormt dyra mackar och dito fordon för gasen metan, som kondenserar till vätska först vid -163 ^oC. Om man nöjer sig med att komprimera den måste det ske till flera hundra bar, i regel 200. Ändå måste flertalet sådana bilar utrustas med dualfuel, alltså dubblerat bränslesystem så att man kan slå om till bensin eller diesel, om metantrycket blir för lågt. Till detta kommer att metan är en potent växthusgas. Teknik för så stark kyla och/eller komprimering leder obönhörligt till metanslipp. Det är då inte bara ett energitapp, metan är 25 gånger värre än koldioxid som växthusgas.

När det gäller lätta personbilar borde Sverige enligt norsk modell införa generösare incitament för köp av elbil. Dagens BEV (Battery Electric Vehicle), HEV (Hybrid Electric Vehicle) och PHEV (Plugin Hybrid Electric Vehicle) har redan stor mångfald i märkesfloran. Deras prestanda förbättras för varje år och de har redan stora fördelar framför metandrift. Istället för de dyra mackarna för metan borde infrastrukturen för laddning av elbilar byggas ut.

När det gäller tung och långväga trafik kommer el till korta för överskådlig framtid. Här är dimetyleter (DME) aktuell istället för metan. DME är visserligen också en gas vid normala tryck och temperaturer, men kondenserar till vätska redan vid -25 ^oC eller blott 5 bars tryck. I en enkel kemisk process kan metan och koldioxid förenas till metanol eller DME, där då var fjärde kolatom kan vara recirkulerad och därmed klimatneutral, även om råvarans metan skulle vara fossil naturgas. Metanol kan utan minsta modifiering av vare sig infrastruktur eller fordon användas som låginblandning i bensin.

Det är hög tid att uppmärksamma de tre bränslena metan, metanol och DME. Alla tre består av enkla molekyler utan bindningar kol-till-kol. De brinner därför rent utan sot och utan av sot sekundärt bildade partiklar samt utan de andra skadliga ämnen som bränslen med långa raka (diesel) eller grenade (bensin) molekylkedjor har i sina avgaser. Det är nämligen främst de långa kedjornas bindningar kol-till-kol som orsakar luftföroreningar. Alla dessa tre enkla bränslen borde därför prioriteras av miljöskäl, medan bara de två metanol och DME, som framgått ovan, borde komma ifråga som drivmedel.

Dieselmotorn dominerar på både land och hav och kommer av allt att döma att behålla sin ställning för överskådlig framtid. Det brådskar därför med att anpassa dieselmotorn till det långsiktigt hållbara dieselbränslet DME, så att alla DME:s fördelar kommer till sin rätt.

DME har utmärkta egenskaper att kompressionstända med ett cetantal som är 10à15 enheter högre än fossildiesels. DME är ingen växthusgas och är för miljön överhuvudtaget helt harmlös. Den används därför som drivgas i sprayflaskor för t ex hud- och hårvård. Energiinnehållet räknat på volym är vid 5 bar visserligen bara 55 % av fossildiesels, men ändå nästan tre gånger högre än metans vid 200 bar, vars motsvarande siffra endast är 21 %.

Argumenten att välja DME istället för metan som framtida dieselbränsle listades nyligen på en presentation av Anthony Greszler på Volvo Group Truck Technology enligt följande:

Fordon Billigare bränsletankar, inget behov av avgasrening, längre körsträcka, lägre drivmedelskostnad.

Infrastruktur Inga höga tryck eller kryoteknik, billig och stabil långtidslagring utan läckage, billiga mackar (som gasol), transport i enkla tankvagnar för endast 5 bar, har potential att produceras småskaligt nära råvara och konsument.

Totalkostnad att använda Bränsleeffektiviteten för DME:s dieselcykel är bättre än fossildieselns, DME har potential till lägre bränslekostnad än fossildiesel (med natur- och biogas som råvara).

Miljö Ger ingen sotrök, inget läckage och är ingen växthusgas, minskar oljeanvändning.

J-G Hemming