Carburant au méthanol

Le méthanol est un carburant de remplacement pour la combustion interne et les autres moteurs, soit en combinaison avec de l’essence, soit directement (« pur »). Il est utilisé dans les voitures de course dans de nombreux pays. Aux États-Unis, le carburant au méthanol a attiré moins d’attention que le carburant à l’éthanol comme alternative aux carburants à base de pétrole. En général, l’éthanol est moins toxique et sa densité énergétique est plus élevée, bien que la production durable de méthanol soit moins chère à produire de manière durable et qu’elle soit un moyen moins coûteux de réduire l’empreinte carbone. Toutefois, pour optimiser les performances du moteur, la disponibilité du carburant, la toxicité et les avantages politiques, un mélange d’éthanol, de méthanol et de pétrole sera probablement préférable à l’utilisation de l’une de ces substances uniquement. Le méthanol peut être fabriqué à partir d’hydrocarbures ou de ressources renouvelables, en particulier de gaz naturel et de biomasse, respectivement. Il peut également être synthétisé à partir de CO2 (dioxyde de carbone) et d’hydrogène.

Le méthanol est souvent utilisé comme carburant, généralement mélangé à de l’essence, mais en raison de ses inconvénients, il n’est pas aussi populaire que d’autres, comme l’éthanol. L’avantage le plus remarquable qui se présente est sa fabrication simple, à partir de méthane ou par pyrolyse de matières organiques. Cependant, la pyrolyse n’est pas pratique sauf si vous travaillez au niveau industriel, sinon ce ne serait pas économique. Sa toxicité élevée constitue un autre inconvénient, raison pour laquelle vous devez faire très attention lors de sa manipulation ou de son utilisation. Le méthanol est considéré comme un produit pétrochimique de type basique, à partir duquel sont obtenus divers produits secondaires.

Histoire et production
Historiquement, le méthanol était d’abord produit par distillation destructive (pyrolyse) du bois, d’où son nom anglais courant d’alcool de bois.

À l’heure actuelle, le méthanol est généralement produit à partir de méthane (constituant principal du gaz naturel) en tant que matière première. En Chine, le méthanol est fabriqué à partir de charbon.

Le « biométhanol » peut être produit par gazéification de matières organiques en gaz de synthèse, suivie de la synthèse classique du méthanol. Cette voie peut offrir une production de méthanol à partir de biomasse à des rendements allant jusqu’à 75%. Une production généralisée par cette voie a le potentiel proposé d’offrir du carburant au méthanol à faible coût et avec des avantages pour l’environnement. Ces méthodes de production ne conviennent toutefois pas à la production à petite échelle.

Récemment, le méthanol a été produit à partir d’énergie renouvelable et de dioxyde de carbone comme matière première. Carbon Recycling International, une société américano-islandaise, a achevé la première usine de méthanol renouvelable à échelle commerciale en 2011.

Utilisation majeure de carburant
Lors de la crise pétrolière de l’OPEP en 1973, Reed et Lerner (1973) ont proposé d’utiliser le méthanol issu du charbon comme carburant éprouvé, doté d’une technologie de fabrication bien établie et de ressources suffisantes pour remplacer l’essence. Hagen (1976) a examiné les perspectives de synthèse du méthanol à partir de ressources renouvelables et de son utilisation comme combustible. Ensuite, en 1986, la société suédoise Motor Fuel Technology (SBAD) a procédé à un examen approfondi de l’utilisation des alcools et des mélanges d’alcool comme carburant. Il a examiné le potentiel de production de méthanol à partir de gaz naturel, d’huiles très lourdes, de schistes bitumineux, de charbon, de tourbe et de biomasse. En 2005, George A. Olah, lauréat du prix Nobel 2006, et ses collègues ont plaidé pour une économie du méthanol reposant sur le stockage d’énergie dans du méthanol de synthèse. Le Methanol Institute, l’organisation du commerce du méthanol, publie des rapports et des présentations sur le méthanol. Le directeur Gregory Dolan a présenté l’industrie mondiale des méthanol 2008 en Chine.

Le 26 janvier 2011, la direction générale de la concurrence de l’Union européenne a approuvé l’octroi par l’Agence suédoise de l’énergie de 500 millions de couronnes suédoises (environ 56 millions d’euros en janvier 2011) à la construction de 3 milliards de couronnes suédoises (environ 335 millions d’euros). usine de production de biocarburants à l’échelle industrielle pour la production de biométhanol et de BioDME dans le complexe de bioraffinage de Domsjö Fabriker à Örnsköldsvik, en Suède, grâce à la technologie de gazéification de liqueur noire de Chemrec.

Les usages

Carburant de moteur à combustion interne
Le méthanol et l’éthanol brûlent à des températures inférieures à celles de l’essence et sont moins volatils, ce qui rend le démarrage du moteur plus difficile. L’utilisation de méthanol comme carburant dans les moteurs à allumage par étincelle peut offrir une efficacité thermique accrue et une sortie de puissance accrue (par rapport à l’essence) en raison de son indice d’octane élevé (114) et de sa chaleur de vaporisation élevée. Cependant, sa faible teneur en énergie de 19,7 MJ / kg et son rapport air-carburant stoechiométrique de 6,42: 1 signifient que la consommation de carburant (en volume ou en masse) sera supérieure à celle des hydrocarbures. L’eau supplémentaire produite rend également la charge plutôt humide (semblable aux moteurs à combustion hydrogène / oxygène) et, avec la formation de produits acides lors de la combustion, l’usure des soupapes, des sièges de soupapes et du cylindre peut être plus élevée qu’avec la combustion d’hydrocarbures.Certains additifs peuvent être ajoutés au carburant afin de neutraliser ces acides.

Le méthanol, comme l’éthanol, contient des contaminants solubles et insolubles. Ces contaminants solubles, les ions halogénures tels que les ions chlorures, ont un effet important sur la corrosivité des carburants à base d’alcool. Les ions halogénures augmentent la corrosion de deux manières; ils attaquent chimiquement des couches d’oxydes passivants sur plusieurs métaux, provoquant une corrosion par piqûre, et augmentent la conductivité du combustible. Une conductivité électrique accrue favorise la corrosion électrique, galvanique et ordinaire dans le système d’alimentation. Les contaminants solubles, tels que l’hydroxyde d’aluminium, produit de la corrosion par les ions halogénures, encrassent le système d’alimentation au fil du temps.

Le méthanol est (en termes automobiles) hygroscopique, ce qui signifie qu’il absorbera la vapeur d’eau directement de l’atmosphère. Comme l’eau absorbée dilue la valeur de carburant du méthanol (bien qu’elle supprime le cognement du moteur) et puisse provoquer une séparation de phase des mélanges méthanol-essence, les récipients de carburants à base de méthanol doivent être maintenus hermétiquement fermés.

Par rapport à l’essence, le méthanol est plus tolérant à la recirculation des gaz d’échappement (EGR), ce qui améliore l’efficacité énergétique des moteurs à combustion interne utilisant le cycle Otto et l’allumage par étincelle.

Un méthanol acide, bien que faible, attaque le revêtement d’oxyde qui protège normalement l’aluminium de la corrosion:

6 CH ₃ OH + Al ₂ O ₃ → 2 Al (OCH ₃ ) ₃ + 3 H ₂ O
Les sels de méthoxyde résultants sont solubles dans le méthanol, ce qui donne une surface en aluminium propre qui s’oxyde facilement avec l’oxygène dissous. En outre, le méthanol peut agir comme oxydant:

6 CH ₃ OH + 2 Al → 2 Al (OCH ₃ ) ₃ + 3 H ₂
Ce processus réciproque alimente efficacement la corrosion jusqu’à ce que le métal soit rongé ou que la concentration de CH3OH soit négligeable. La corrosivité du méthanol a été traitée avec des matériaux compatibles avec le méthanol et des additifs pour carburants servant d’inhibiteurs de corrosion.

Le méthanol organique, produit à partir de bois ou d’autres matières organiques (bioalcool), a été suggéré comme une alternative renouvelable aux hydrocarbures à base de pétrole. De faibles quantités de méthanol peuvent être utilisées dans les véhicules existants avec l’ajout de cosolvants et d’inhibiteurs de corrosion.

Courses
Selon les règles, le méthanol pur doit être utilisé dans les Champcars, les Monster Trucks, les sprint USAC (ainsi que les nains, modifiés, etc.) et dans d’autres séries de pistes, telles que World of Outlaws et Motorcycle Speedway, principalement En cas d’accident, le méthanol ne produit pas un nuage de fumée opaque. Depuis la fin des années 1940, le méthanol est également utilisé comme principal ingrédient de carburant dans les centrales de commande radio, d’aéronefs à ligne de contrôle et d’avions à vol libre (voir ci-dessous), de voitures et de camions; Ces moteurs utilisent une bougie de préchauffage à filament de platine qui allume la vapeur de méthanol par une réaction catalytique. Les pilotes de drague, les pilotes de boue et les tracteurs fortement modifiés utilisent également le méthanol comme source principale de carburant. Le méthanol est nécessaire avec un moteur suralimenté dans un Top Alcohol Dragster et, jusqu’à la fin de la saison 2006, tous les véhicules de l’Indianapolis 500 devaient fonctionner au méthanol. En tant que carburant pour les pilotes de boue, le méthanol mélangé à de l’essence et de l’oxyde nitreux produit plus de puissance que l’essence et l’oxyde nitreux seuls.

À partir de 1965, le méthanol pur a été largement utilisé dans la compétition automobile USAC Indy, qui comprenait à l’époque Indianapolis 500.

Un crash de sept voitures au deuxième tour de l’Indianapolis 1964, en 1964, a incité l’USAC à prendre la décision d’encourager puis de rendre obligatoire l’utilisation de méthanol. Eddie Sachs et Dave MacDonald sont morts dans l’accident lorsque leurs voitures à essence ont explosé. L’incendie déclenché par l’essence a créé un dangereux nuage de fumée noire épaisse qui a complètement obstrué la vue de la piste pour les véhicules venant en sens inverse. Johnny Rutherford, l’un des autres conducteurs impliqués, conduisait une voiture au méthanol, qui avait également fui à la suite de l’accident. Tandis que cette voiture brûlait sous l’impact de la première boule de feu, elle formait un enfer beaucoup plus petit que les voitures à essence, et qui brûlait de manière invisible. Ce témoignage et les pressions exercées par George Moore, auteur de The Indianapolis Star, ont conduit au passage à l’alcool à carburant en 1965.

Le circuit CART a utilisé du méthanol pendant toute la campagne (1979-2007). Il est également utilisé par de nombreuses organisations de courte piste, en particulier les petites voitures, les voitures de vitesse et les motos de vitesse. Le méthanol pur a été utilisé par l’IRL de 1996 à 2006.

En 2006, en partenariat avec l’industrie de l’éthanol, IRL a utilisé comme carburant un mélange contenant 10% d’éthanol et 90% de méthanol. À partir de 2007, l’IRL est passé à l’éthanol « pur », l’E100.

Le méthanol est également largement utilisé dans les courses de dragsters, principalement dans la catégorie des meilleurs alcools, tandis que 10% à 20% de méthanol peuvent être utilisés dans les classes de meilleurs carburants en plus du nitrométhane.

Les courses de Formule 1 continuent à utiliser de l’essence comme carburant, mais le méthanol était souvent utilisé comme carburant lors des courses de Grand Prix d’avant-guerre.

Le méthanol est également utilisé dans les courses de Monster Truck.

Sécurité dans les carburants automobiles
Le méthanol pur est utilisé dans les courses automobiles à roues libres depuis le milieu des années 1960. Contrairement aux feux de pétrole, les feux de méthanol peuvent être éteints avec de l’eau ordinaire. Un feu à base de méthanol brûle de manière invisible, contrairement à l’essence qui brûle avec une flamme visible. En cas d’incendie sur la piste, il n’y a pas de flamme ou de fumée qui gêne la vue des pilotes qui approchent à grands pas, mais cela peut également retarder la détection visuelle de l’incendie et le déclenchement de la suppression des incendies. La décision de passer définitivement au méthanol dans les courses américaines IndyCar était le résultat du crash et de l’explosion dévastateurs de l’Indianapolis 500 en 1964, qui ont tué les pilotes Eddie Sachs et Dave MacDonald. En 2007, IndyCars est passée du méthanol à l’éthanol.

Carburant pour les modèles réduits
Les tout premiers modèles de moteurs d’avion volant avant la fin de la Seconde Guerre mondiale utilisaient un mélange 3: 1 d’essence blanche et d’huile à viscosité élevée pour les moteurs à allumage par étincelle à deux temps utilisés à cette époque. En 1948, les nouveaux modèles de moteurs à allumage par bougie de préchauffage ont commencé à conquérir le marché, exigeant l’utilisation du méthanol pour réagir dans une réaction catalytique avec le filament de platine enroulé dans une bougie de préchauffage pour que le moteur fonctionne, généralement à l’aide d’huile de ricin. lubrifiant à base de carburant contenu dans le mélange de carburant à un rapport d’environ 4: 1. La variété de moteur à allumage commandé, car elle ne nécessitait plus de batterie embarquée, de bobine d’allumage, de points d’allumage et de condensateur, ce qui en faisait un moteur à allumage par étincelle, un gain de poids précieux et la possibilité pour les modèles réduits d’obtenir de meilleures performances de vol. Dans leurs formes traditionnellement populaires à deux temps et de plus en plus populaires, les moteurs à préchauffage méthanol à cylindre unique actuellement produits sont le choix habituel pour les aéronefs radiocommandés à usage récréatif, pour des tailles de moteur allant de 0,8 cm3 (0,049 cu. .) jusqu’à 25 à 32 cm3 (1,5 à 2,0 cu.in) de cylindrée, ainsi que des déplacements nettement plus importants pour les moteurs d’aéronefs à deux cylindres opposés et multicylindres et à configuration radiale, dont beaucoup sont à quatre temps. La plupart des modèles de moteurs alimentés au méthanol, en particulier ceux fabriqués à l’extérieur de l’Amérique du Nord, peuvent facilement fonctionner avec du carburant au méthanol, conforme aux spécifications de la FAI. La FAI peut exiger de tels mélanges de carburant pour certains événements de la compétition internationale dite « Classe F » de la FAI, qui interdit l’utilisation de nitrométhane en tant que composant de carburant pour moteur à combustion luminescente. En revanche, les entreprises d’Amérique du Nord fabriquant des modèles réduits de moteur fonctionnant au méthanol, ou basées en dehors de ce continent et disposant d’un marché important en Amérique du Nord pour de telles centrales miniatures, ont tendance à produire des moteurs qui fonctionnent souvent mieux avec un certain pourcentage de nitrométhane dans le carburant, qui, lorsqu’il est utilisé, ne représente que 5% à 10% du volume et peut aller jusqu’à 25 à 30% du volume total de carburant.

Toxicité
Le méthanol est naturellement présent dans le corps humain et dans certains fruits, mais il est toxique en concentration élevée. L’ingestion de 10 ml peut provoquer la cécité et 60-100 ml peuvent être fatals si la maladie n’est pas traitée. Comme beaucoup de produits chimiques volatils, le méthanol n’a pas besoin d’être avalé pour être dangereux car le liquide peut être absorbé par la peau et les vapeurs par les poumons. Le méthanol est beaucoup plus sûr lorsqu’il est mélangé à de l’éthanol, même à des pourcentages d’éthanol relativement faibles.

Aux États-Unis, l’exposition maximale autorisée dans l’air (40 h / semaine) est de 1 900 mg / m³ pour l’éthanol, de 900 mg / m³ pour l’essence et de 1260 mg / m³ pour le méthanol. Cependant, il est beaucoup moins volatil que l’essence et, par conséquent, ses émissions par évaporation sont moins élevées, ce qui entraîne un risque d’exposition moindre pour un déversement équivalent. Bien que le méthanol offre des voies d’exposition à la toxicité quelque peu différentes, la toxicité effective n’est pas pire que celle du benzène ou de l’essence, et un empoisonnement au méthanol est beaucoup plus facile à traiter avec succès. Une des préoccupations majeures est que l’intoxication au méthanol doit généralement être traitée alors qu’elle est encore asymptomatique pour une guérison complète.

Le risque d’inhalation est atténué par une odeur piquante caractéristique. À des concentrations supérieures à 2 000 ppm (0,2%), cela est généralement assez visible. Toutefois, des concentrations inférieures peuvent rester non détectées, tout en étant potentiellement toxiques pour des expositions plus longues et peuvent présenter un risque d’incendie / d’explosion. Encore une fois, cela ressemble à l’essence et à l’éthanol; Des protocoles de sécurité standard existent pour le méthanol et sont très similaires à ceux pour l’essence et l’éthanol.

L’utilisation de carburant au méthanol réduit les émissions d’échappement de certaines toxines liées aux hydrocarbures telles que le benzène et le 1,3-butadiène, et réduit considérablement la pollution à long terme des eaux souterraines causée par les déversements de carburant. Contrairement aux carburants de la famille du benzène, le méthanol se biodégrade rapidement et de manière non toxique sans nuire à long terme à l’environnement, à condition qu’il soit suffisamment dilué.

Des comparaisons

Biométhanol
Le méthanol est un carburant de remplacement pour les moteurs à combustion interne et autres, soit en combinaison avec de l’essence, soit directement (« pur »). Il est utilisé dans les voitures de course et en Chine. Aux États-Unis, le carburant au méthanol a reçu moins d’attention que le carburant à l’éthanol, au lieu des carburants à base de pétrole; puisque dans les années 2000 en particulier, avec le soutien de l’éthanol à base de maïs, il offrait certains avantages politiques. En général, l’éthanol est moins toxique et sa densité énergétique est plus élevée, bien que la production durable de méthanol soit moins chère à produire de manière durable et qu’elle soit un moyen moins coûteux de réduire l’empreinte carbone. Toutefois, pour optimiser les performances du moteur, la disponibilité du carburant, la toxicité et les avantages politiques, un mélange d’éthanol, de méthanol et de pétrole sera probablement préférable à l’utilisation de l’une ou l’autre de ces substances. Le méthanol peut être fabriqué à partir de ressources fossiles ou renouvelables, en particulier de gaz naturel et de biomasse, respectivement.

La sécurité incendie
Le méthanol est beaucoup plus difficile à enflammer que l’essence et brûle environ 60% plus lentement. Un feu au méthanol libère de l’énergie à environ 20% de la vitesse d’un feu à essence, produisant une flamme beaucoup plus froide. Il en résulte un feu beaucoup moins dangereux, plus facile à maîtriser avec les protocoles appropriés. Contrairement aux incendies à essence, l’eau est acceptable et même préféré comme agent extincteur pour les incendies au méthanol, dans la mesure où cela refroidit l’incendie et dilue rapidement le combustible en dessous de la concentration où il maintiendra son auto-inflammabilité. Ces faits signifient qu’en tant que carburant automobile, le méthanol présente de grands avantages en termes de sécurité par rapport à l’essence. L’éthanol partage beaucoup de ces mêmes avantages.

Puisque la vapeur de méthanol est plus lourde que l’air, elle restera près du sol ou dans une fosse, à moins d’une bonne ventilation. Si la concentration de méthanol est supérieure à 6,7% dans l’air, elle peut être allumée par une étincelle et exploser à une température supérieure à 54 ° C. / 62 C. Une fois incendié, un feu au méthanol non dilué émet très peu de lumière visible. Il est donc très difficile de voir le feu ou même d’évaluer sa taille à la lumière du jour bien que, dans la grande majorité des cas, les polluants existants Un incendie (comme des pneus ou de l’asphalte) colorera et améliorera la visibilité de l’incendie. L’éthanol, le gaz naturel, l’hydrogène et d’autres carburants existants posent des problèmes de sécurité incendie similaires, et des protocoles standard de sécurité et de lutte contre les incendies existent pour tous ces carburants.

L’atténuation des dommages environnementaux post-accident est facilitée par le fait que le méthanol à faible concentration est biodégradable, peu toxique et non persistant dans l’environnement. Le nettoyage post-incendie nécessite souvent simplement de grandes quantités d’eau supplémentaires pour diluer le méthanol déversé, puis un vide ou une récupération par absorption du fluide. Tout méthanol qui s’échappe inévitablement dans l’environnement aura peu d’impact à long terme et, avec une dilution suffisante, se biodégradera rapidement avec peu ou pas de dommages environnementaux dus à la toxicité. Un déversement de méthanol qui se combine avec un déversement d’essence existant peut faire en sorte que le déversement de mélange méthanol / essence persiste environ 30% à 35% plus longtemps que ne l’aurait fait l’essence à elle seule.

Utilisation

États Unis
L’État de Californie a lancé un programme expérimental de 1980 à 1990 qui permettait à n’importe qui de convertir un véhicule à essence [vague] en méthanol à 85% avec 15% d’additifs de choix.Plus de 500 véhicules ont été convertis à une compression élevée et à une utilisation dédiée du méthanol et de l’éthanol 85/15.

En 1982, les trois grands se sont vu attribuer 5 000 000 USD pour la conception et les contrats de 5 000 véhicules devant être achetés par l’État. Il s’agissait d’une utilisation précoce de véhicules à carburant flexible à faible compression.

En 2005, le gouverneur de la Californie, Arnold Schwarzenegger, a mis fin à l’utilisation de méthanol pour se joindre à l’utilisation croissante d’éthanol conduite par les producteurs de maïs. En 2007, le prix de l’éthanol était de 3 à 4 dollars le gallon (0,8 à 1,05 dollar le litre) à la pompe, tandis que le méthanol à base de gaz naturel demeurait à 47 cents le gallon (12,5 cents le litre) en vrac et non à la pompe.

À l’heure actuelle, il n’y a pas de stations-service en Californie fournissant du méthanol dans leurs pompes. Le représentant Eliot Engel [D-NY17] a présenté au Congrès une loi intitulée « Open Fuel Standard »: « obliger les constructeurs automobiles à veiller à ce qu’au moins 80% des automobiles fabriquées ou vendues aux États-Unis par chacun de ces fabricants sur des mélanges de carburant contenant 85% d’éthanol, 85% de méthanol ou du biodiesel.  »

Union européenne
La directive modifiée sur la qualité des carburants adoptée en 2009 autorise jusqu’à 3% v / v de mélange de méthanol dans de l’essence.

Brésil
La volonté d’ajouter un pourcentage appréciable de méthanol à l’essence est sur le point d’être mise en œuvre au Brésil, à la suite d’un essai pilote mis en place par un groupe de scientifiques impliquant le mélange d’essence avec du méthanol entre 1989 et 1992. L’expérience pilote à plus grande échelle qui devait menée à São Paulo a été opposé à la dernière minute par le maire de la ville, par souci de la santé des travailleurs des stations-service, qui ne seraient pas tenus de respecter les mesures de sécurité. En 2006, l’idée n’a pas refait surface.

Inde
Niti Aayog, le 3 août 2018, la commission de planification de l’Inde a annoncé que, si cela était réalisable, les véhicules de tourisme rouleraient à 15% de méthanol. À l’heure actuelle, les véhicules en Inde utilisent jusqu’à 10% de carburant mélangé à l’éthanol. Si approuvé par le gouvernement, il réduira les coûts mensuels de carburant de 10%. En Inde, l’éthanol coûte 42 Rs le litre, alors que le prix du méthanol a été estimé à moins de 20 Rs le litre.