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Die Methanolwirtschaft ist eine hypothetische, zukünftige Energiewirtschaft, in der Methanol auf allen Stufen (Gewinnung, Speicherung, Übertragung, Handel, Vertrieb …) der Energiewirtschaft fossile Brennstoffe als primären Energieträger ersetzen soll und zum dominierenden Energieträger wird. Die Methanolwirtschaft wäre eine Alternative zu den propagierten Modellen einer Wasserstoffwirtschaft. Methanol ist flüssig bei Raumtemperatur und lässt sich daher leichter transportieren und speichern als Wasserstoffgas.<ref name=":12" />
Datei:Methanol IBC.jpgIBC-Container mit 1000 Liter regenerativem Methanol (entspricht dem Energieinhalt von 160 Stück von 50 Liter Gasflaschen gefüllt mit Wasserstoff bei 200 bar)<ref name=":8" /><ref name=":9" /><ref name=":10" />
Bereits heute wird Methanol, meist als Derivat wie Biodiesel oder MTBE, in nennenswertem 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 Dimethylether 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-, Erdgas- und Kohlevorräten und der begrenzt verwendbaren Biomasse ein möglicher Weg zur Bereitstellung von Energie.
Im Jahr 1986 veröffentlichte Friedrich Asinger das Buch Methanol – Chemie- und Energierohstoff: Die Mobilisation der Kohle, in dem er Methanol als Chemierohstoff sowie als Energieträger und die Grundzüge einer zukünftigen Methanolwirtschaft beschrieb.<ref>W. Keim, H. Offermanns: Beyond OiI and Gas: Frühe Aachener Visionen. In: Nachrichten aus der Chemie. 58, 2010, S. 434–435, doi:10.1002/nadc.201069272.</ref>
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 Absorbentien genannt. Der Energieaufwand zur Freisetzung des so gespeicherten Kohlendioxids ist aber hoch, sodass bessere Substanzen entwickelt werden müssen. Der Gewinnungsprozess aus Umgebungsluft ist wegen der niedrigen CO2-Konzentration in der Luft (0,037 %) der zurzeit teuerste.
Alternativ wird, zumindest bis zum Ende der fossilen Energiewirtschaft, die Wiederverwendung gefilterter Verbrennungsabgase aus Kraftwerken mit bis zu 15-prozentigem CO2-Anteil diskutiert. Allerdings würde dieses Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen.
„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.“
– <templatestyles src="Person/styles.css" />George A. Olah: Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy, S. 170
Großtechnisch wird erneuerbares Methanol derzeit vor allem aus vergärten Abfällen sowie Hausmüll (Bio-Methanol) und erneuerbarem Strom (e-Methanol) hergestellt.<ref>Renewable Methanol Report. Methanol Institute, abgerufen am 5. Juli 2021.</ref> Die Produktionskosten für regeneratives Methanol betragen aktuell ca. 300 bis 1000 USD/t für Bio-Methanol, ca. 800 bis 1600 USD/t für e-Methanol aus Kohlenstoffdioxid aus erneuerbaren Quellen und ca. 1100 bis 2400 USD/t für e-Methanol aus Kohlenstoffdioxid aus Direct Air Capture.<ref name=":0">Innovation Outlook Renewable Methanol. IRENA, abgerufen am 5. Juli 2021.</ref>
Kostenvergleich Methanolwirtschaft vs. Wasserstoffwirtschaft
Brennstoffkosten:
Methanol ist kostengünstiger als Wasserstoff. Für Großmengen (Tank) beträgt der Preis inkl. MWSt für fossiles Methanol ca. 0,3 bis 0,6 EUR/L.<ref name=":11" /> Die zu 1 L Methanol energieäquivalente Menge<ref name=":9">Sara McAllister, Jyh-Yuan Chen, A. Carlos Fernandez-Pello: Fundamentals of Combustion Processes (= Mechanical Engineering Series). Springer New York, New York, NY 2011, ISBN 978-1-4419-7942-1, doi:10.1007/978-1-4419-7943-8 (springer.com [PDF; abgerufen am 1. August 2021]).</ref><ref name=":8">Fuels – Higher and Lower Calorific Values. Engineering Toolbox, abgerufen am 1. August 2021.</ref> von 0,13 kg fossilen Wasserstoffs kostet derzeit inkl. MWSt ca. 1,2 bis 1,3 EUR für Großmengen (9,5 EUR/kg an Wasserstofftankstellen<ref>H2 Live. Abgerufen am 31. Juli 2021.</ref>). Für mittelgroße Mengen (Lieferung in einem IBC-Container mit 960 L Methanol) beträgt der Preis inkl. MWSt für fossiles Methanol üblicherweise ca. 0,5 bis 0,7 EUR/L<ref>Methanol HP. BÜFA, abgerufen am 1. August 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>, für Biomethanol ca. 0,7 bis 2,0 EUR/L<ref name=":7">Biomethanol 1000L (IBC). Gutts, abgerufen am 1. August 2021.</ref> und für e-Methanol<ref>Recycling CO2 to Produce Methanol | Driving Change. Carbon Recycling International, abgerufen am 1. August 2021.</ref> aus CO2 ca. 0,8 bis 2,0 EUR/L zuzüglich Pfand für den IBC-Container. Für mittelgroße Mengen an Wasserstoff (Flaschen-Bündel) kostet die zu 1 L Methanol energieäquivalente Menge von 0,13 kg fossilen Wasserstoffs inkl. MWSt üblicherweise ca. 5 bis 12 EUR zuzüglich Flaschenmiete. Die aus heutiger Sicht deutlich höheren Kosten für Wasserstoff sind unter anderem auf die aufwändige Logistik und Lagerung von Wasserstoff zurückzuführen. Während sowohl Biomethanol als auch regeneratives e-Methanol bei Händlern erhältlich ist<ref name=":7" /><ref>Reliable chemicals for use in the technical industry. Vivochem, abgerufen am 1. August 2021.</ref>, ist grüner Wasserstoff noch nicht im Handel verfügbar. Sowohl die Kosten für regenerativen Wasserstoff als auch die Kosten für regeneratives Methanol werden voraussichtlich in Zukunft sinken.<ref name=":0" />
Infrastruktur:
Laut der Studie „Integriertes Energiekonzept 2050“ beträgt im Jahr 2040 voraussichtlich der Anteil an batterieelektrischen Fahrzeugen zwischen etwa 20 und 50 % für PKWs und zwischen 0 und ca. 15 % für LKWs.<ref>Integriertes Energiekonzept 2050. Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur, abgerufen am 1. August 2021.</ref> Der Rest setzt sich aus brennstoffbasierten Antrieben (Brennstoffzelle oder Verbrennungsmotor) zusammen. Während die Methanolinfrastruktur für 10.000 Tankstellen ca. 0,45 bis 1,7 Mrd. EUR kosten würde, würde die Wasserstoffinfrastruktur für 10.000 Tankstellen ca. 14 bis 1200 Mrd. EUR kosten in starker Abhängigkeit von der geforderten Wasserstoffabgabemenge pro Zeitraum.<ref name=":5" /><ref>Gregory Dolan: Methanol: Renewable Hydrogen Carrier Fuel. Methanol Institute, abgerufen am 1. August 2021.</ref>
Energiewandler:
Während für mit Methanol betriebene Verbrennungsmotoren keine signifikanten Zusatzkosten im Vergleich zu mit Benzin betriebenen Verbrennungsmotoren entstehen, würden für einen PKW mit Methanolbrennstoffzelle in Abhängigkeit von der Produktionsmenge Zusatzkosten von etwa -500 bis 2000 Euro im Gegensatz zu einem mit Wasserstoffbrennstoffzelle betriebenen PKW entstehen (insbesondere Zusatzkosten für Reformer, Balance of Plant Komponenten und ggf. Stack abzüglich Kosten für Wasserstofftank<ref>Brian David James, Cassidy Houchins, Jennie Moton Huya-Kouadio, Daniel A. DeSantis: Final Report: Hydrogen Storage System Cost Analysis. Hrsg.: U.S. Department of Energy. DOE-SA-0005253. Strategic Analysis Inc., Arlington, VA (United States), 30. September 2016 (osti.gov [abgerufen am 2. August 2021]).</ref> und Wasserstoff-Hochdruckarmaturen).
Wirkungsgrad-Betrachtung für die Herstellung und Nutzung von e-Methanol
Aktuell (Stand 2021) beträgt der Wirkungsgrad für die Wasserstoff-Produktion durch Wasser-Elektrolyse aus Strom etwa 75 bis 85 %<ref name=":0" /> mit Potential bis 93 % bis zum Jahr 2030.<ref>Die Rolle erneuerbarer Gase in der Energiewende. Agentur für Erneuerbare Energien, März 2018, abgerufen am 15. Juli 2021.</ref> Der Wirkungsgrad für die Methanolsynthese aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid beträgt aktuell 79 bis 80 %.<ref name=":0" /> Der Wirkungsgrad für die Herstellung von Methanol aus Elektrischer Energie und Kohlenstoffdioxid beträgt somit ca. 59 bis 68 %. Steht das CO2 nicht direkt zur Verfügung, sondern wird durch Direct Air Capture aus der Luft bezogen, so beträgt der Wirkungsgrad für die Methanolherstellung aus Strom 50–60 %.<ref name=":0" /><ref>Wind power to methanol: Renewable methanol production using electricity, electrolysis of water and CO2 air capture. In: Applied Energy. Band264, 15. April 2020, ISSN0306-2619, S.114672, doi:10.1016/j.apenergy.2020.114672 (sciencedirect.com [abgerufen am 15. Juli 2021]).</ref> Bei Nutzung des e-Methanols in einer Methanol-Brennstoffzelle beträgt der elektrische Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 35 bis 50 % (Stand 2021). Der elektrische Gesamt-Wirkungsgrad für die Herstellung von e-Methanol aus Strom und die nachfolgende Energiewandlung in Elektrizität durch eine Brennstoffzelle beträgt folglich etwa 21 bis 34 % für e-Methanol aus direkt verfügbarem Kohlenstoffdioxid und etwa 18 bis 30 % für e-Methanol produziert aus durch Direct Air Capture gewonnenes Kohlenstoffdioxid.
Wird darüber hinaus exogene Abwärme für eine Hochtemperatur-Elektrolyse genutzt oder die bei den Prozessen der Elektrolyse, der Methanolsynthese und/oder der Brennstoffzelle entstehende Abwärme genutzt, so kann der Gesamtwirkungsgrad über den elektrischen Wirkungsgrad hinaus deutlich erhöht werden.<ref>Highly efficient hydrogen production using solid oxide electrolysis integrated with renewable heat and power. European Commission, abgerufen am 16. Juli 2021.</ref><ref name=":4">Lasse R. Clausen, Niels Houbak, Brian Elmegaard: Technoeconomic analysis of a methanol plant based on gasification of biomass and electrolysis of water. In: Energy. Band35, Nr.5, Mai 2010, S.2338–2347, doi:10.1016/j.energy.2010.02.034 (elsevier.com [abgerufen am 15. Juli 2021]).</ref> Beispielsweise kann bei einer Nutzung der Abwärme (z. B. Fernwärme), die bei der Herstellung von e-Methanol durch Elektrolyse und der nachfolgenden Methanolsynthese anfällt, ein Gesamt-Wirkungsgrad von 86 % erreicht werden.<ref name=":4" /> Wird die Abwärme der Brennstoffzelle genutzt, so wird aktuell ein Wirkungsgrad der Brennstoffzelle von 85 bis 90 % erreicht.<ref>Modelling of an HTPEM-based micro-combined heat and power fuel cell system with methanol. In: International Journal of Hydrogen Energy. Band39, Nr.8, 6. März 2014, ISSN0360-3199, S.4053–4059, doi:10.1016/j.ijhydene.2013.07.015 (sciencedirect.com [abgerufen am 16. Juli 2021]).</ref><ref>Modeling and off-design performance of a 1 kWe HT-PEMFC (high temperature-proton exchange membrane fuel cell)-based residential micro-CHP (combined-heat-and-power) system for Danish single-family households. In: Energy. Band36, Nr.2, 1. Februar 2011, ISSN0360-5442, S.993–1002, doi:10.1016/j.energy.2010.12.009 (sciencedirect.com [abgerufen am 15. Juli 2021]).</ref> Die Abwärme kann beispielsweise zum Beheizen eines Fahrzeugs oder eines Haushalts genutzt werden. Auch die Erzeugung von Kälte aus Abwärme ist möglich (Kältemaschine). Bei einer umfassenden Nutzung von Abwärme kann ein Gesamt-Wirkungsgrad von 70 bis 80 % für die Herstellung von e-Methanol inklusive der nachfolgenden Nutzung des e-Methanols in einer Brennstoffzelle erreicht werden.
Von Araya et al. wurden der Wasserstoff-Pfad und der Methanol-Pfad (aus verfügbarem CO2) miteinander verglichen.<ref name=":5" /> Hierbei wurde der elektrische Wirkungsgrad vom Punkt der Strombereitstellung bis zur Abgabe von Elektrizität durch eine Brennstoffzelle betrachtet (mit folgenden Zwischenschritten: Power Management, Konditionierung, Transmission, Elektrolyse, Methanolsynthese bzw. Wasserstoffkompression, Brennstoff-Transport, Brennstoffzelle). Für Methanol beträgt hiernach der Wirkungsgrad 23 bis 38 % und für Wasserstoff 24 bis 41 %. Beim Wasserstoff-Pfad geht hierbei im Vergleich zum Methanol-Pfad ein erhöhter Teil der Energie durch die Wasserstoffkomprimierung und den Wasserstofftransport verloren, während für den Methanol-Pfad Energie für die Methanolsynthese aufgewendet werden muss.
Von Helmers et al. wurde der Well-to-Wheel (WTW) Wirkungsgrad von Fahrzeugen verglichen. Für mit fossilem Benzin betriebene Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor beträgt der WTW Wirkungsgrad demnach 10 bis 20 %, für mit fossilem Benzin betriebene vollelektrische Hybrid-Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor 15 bis 29 %, für mit fossilem Diesel betriebene Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor 13 bis 25 %, für mit fossilem CNG betriebene Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor 12 bis 21 %, für Brennstoffzellenfahrzeuge (z. B. fossiler Wasserstoff oder Methanol) 20 bis 29 % und für batterieelektrische Fahrzeuge 59 bis 80 %.<ref>Eckard Helmers, Patrick Marx: Electric cars: technical characteristics and environmental impacts. In: Environmental Sciences Europe. Band24, Nr.1, Dezember 2012, ISSN2190-4707, S.14, doi:10.1186/2190-4715-24-14 (springeropen.com [abgerufen am 17. Juli 2021]).</ref> In der Studie von Agora Energiewende wird für verschiedene Antriebsarten, bei Nutzung erneuerbaren Stroms für die Brennstoff-Herstellung, ein WTW Wirkungsgrad von 13 % für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (bei Betrieb mit synthetischem Kraftstoff wie beispielsweise OME), 26 % für Brennstoffzellen-Autos (bei Betrieb mit Wasserstoff) und 69 % für batteriebetriebene Elektroautos genannt.<ref>Die zukünftigen Kosten strombasierter synthetischer Brennstoffe. Agora Energiewende, abgerufen am 17. Juli 2021.</ref> Wird erneuerbarer Wasserstoff verwendet, so beträgt der Well-to-Wheel Wirkungsgrad für ein mit Wasserstoff betriebenes Brennstoffzellenfahrzeug etwa 14 bis 30 %. Wird erneuerbares e-Methanol aus direkt verfügbarem CO2 hergestellt, so beträgt der Well-to-Wheel Wirkungsgrad für ein mit e-Methanol betriebenes Fahrzeug mit Verbrennungsmotor etwa 11 bis 21 % und für ein mit e-Methanol betriebenes Brennstoffzellenfahrzeug etwa 18 bis 29 %. Wird erneuerbares e-Methanol aus CO2 aus Direct Air Capture hergestellt, so beträgt der Well-to-Wheel Wirkungsgrad für ein mit e-Methanol betriebenes Fahrzeug mit Verbrennungsmotor etwa 9 bis 19 % und für ein mit e-Methanol betriebenes Brennstoffzellenfahrzeug etwa 15 bis 26 % (Stand 2021).
Methanol und seine Folgeprodukte wie Dimethylether können dann sowohl in klassischen Verbrennungsmotoren als Kraftstoff als auch in Methanolbrennstoffzellen (Direktmethanolbrennstoffzelle sowie Indirekte Methanolbrennstoffzelle) zur Stromerzeugung genutzt werden. Bei Anwendung einer Brennstoffzelle eignet sich die Direktmethanolbrennstoffzelle (DMFC) bis zu einer elektrischen Leistung von 0,3 kW. Bei höheren Leistungen ist die Anwendung einer Indirekten Methanolbrennstoffzelle (auch Reformer-Methanol-Brennstoffzelle, engl. Reformed Methanol Fuel Cell, RMFC) effizienter und kostengünstiger.
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.
Vorteile
Methanol ist bezogen auf Volumen und Gewicht ein leistungsfähiger Energiespeicher. Im Vergleich zu Wasserstoff: Ein Kanister mit 6 Liter Methanol (Gewicht ca. 5 kg) hat etwa den gleichen Energieinhalt wie eine 200-bar-Wasserstoff-Gasflasche mit einem Behälter-Volumen von ca. 55 L bei einem Gewicht von 70 kg.<ref name=":3">Heat of combustion. Engineering ToolBox, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref><ref name=":10">Produktdatenblatt Wasserstoff 5.0. Linde, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref> 17 Liter Methanol haben etwa den gleichen Energieinhalt wie ein üblicher 700-bar-Automobil-Wasserstofftank mit einem Behälter-Volumen von ca. 60 Litern.<ref name=":3" /><ref>2019 Hyundai Nexo: Fuel-cell refinement, SUV luxury. SAE, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref> Im Vergleich zum Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxide (NCA) Akkumulator, also der verfügbaren Akku-Technologie mit der aktuell höchsten theoretischen Energiedichte: 50 kg Methanol in einem Methanol-betriebenen Brennstoffzellenfahrzeug (bei el. Wirkungsgrad 45 %) entsprechen der elektrischen Energie, die in einem Akku vom Typ NCA mit einem Gewicht von ca. 600–700 kg gespeichert wären.<ref>Energiespeicher der Elektromobilität – Entwicklung der Energiedichten. Deutscher Bundestag, Dezember 2020, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref>
Methanol kann über die vorhandene Benzininfrastruktur vertrieben werden. Die Umrüstung von Tankstellen auf Methanol ist einfach und kostengünstig möglich.
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.
Reines Methanol verdampft vollkommen rückstandsfrei und wird deshalb als Reinigungsmittel für den letzten Reinigungsschritt zur Herstellung hoch reiner Oberflächen verwendet. Beispiel: Glassubstrate zur Herstellung dünner Polymerfolien werden mit dem Spin-Coating Verfahren auf diese Art und Weise gereinigt. Industrie-Methanol nach dem IMPCA-Standard hat eine Reinheit von über 99,85 % bei einem Großmengenpreis ab ca. 300 USD/t.<ref name=":11">Methanex Monthly Average Regional Posted Contract Price History. Methanex, abgerufen am 13. Juli 2021.</ref><ref>Methanol Price and Supply/Demand. Abgerufen am 9. Juli 2021.</ref><ref>IMPCA Documents. IMPCA, abgerufen am 9. Juli 2021.</ref> Aufgrund der hohen Reinheit von Methanol ist die Anwendung in Brennstoffzellen vereinfacht und es werden sowohl in der Anwendung in der Brennstoffzelle als auch in der Anwendung im Verbrennungsmotor keine Chlor- oder Schwefel-haltigen Stoffe emittiert.
Da Methanol ein Sauerstoffatom und keine C-C-Bindung im Molekül enthält, verbrennt Methanol im Verbrennungsmotor sehr sauber sowie nahezu vollständig und der Verbrennungsmotor emittiert dabei keinen Feinstaub.<ref name=":2">Document Display (PURL) | NSCEP | US EPA. United States Environmental Protection Agency, abgerufen am 9. Juli 2021.</ref> Potentiell kann die Entstehung von Stickoxiden im Vergleich zur Verbrennung von Benzin oder Diesel geringer ausfallen aufgrund der höheren Verdampfungsenthalpie von Methanol und einer niedrigeren Flammentemperatur.<ref name=":2" /> Darüber hinaus ist die Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) geringer als bei der Verbrennung von Benzin oder Diesel, was neben gesundheitlichen Aspekten positiven Einfluss auf den Wirkungsgrad hat.<ref name=":2" />
Methanol weist eine höhere Oktanzahl, also eine höhere Klopffestigkeit, als Benzin auf, wodurch der Wirkungsgrad von mit Methanol betriebenen Verbrennungsmotoren höher als von mit Benzin betriebenen Verbrennungsmotoren ist.<ref name=":2" /> Die hohe Oktanzahl bewirkt zudem eine höhere Leistung und schnellere Beschleunigung des Fahrzeugs.<ref name=":2" /> Des Weiteren ist brennendes Methanol im Gegensatz zu Benzin leicht mit Wasser löschbar. Dies sind unter anderem Gründe dafür, warum Methanol oft für Rennwagen (z. B. ehemals Porsche 2708 CART), Speedway-Rennen oder Monstertrucks verwendet wird.<ref>Hot Rod explains why race-car drivers love methanol. Abgerufen am 9. Juli 2021.</ref><ref>Louis Pretorius: Are Monster Trucks Gas Or Diesel? Abgerufen am 9. Juli 2021.</ref>
Mit Methanol betriebene Verbrennungsmotoren emittieren im Verhältnis zur abgegebenen Energie weniger Kohlenstoffdioxid als mit Diesel oder Benzin betriebene Verbrennungsmotoren. Dadurch kann bereits durch den Ersatz von Benzin oder Diesel durch konventionelles Methanol („fossiles“ Methanol) als Brennstoff in Verbrennungsmotoren eine Reduktion der Emission von Kohlenstoffdioxid erreicht werden. Eine weitere Reduktion der Netto-CO2-Emission kann durch den Einsatz von Brennstoffzellen (insbesondere Reformed Methanol Fuel Cell) und von regenerativ erzeugtem Methanol erfolgen.
Methanol ist von −97 °C bis +65 °C flüssig. Diesel beispielsweise kann bei kalten Temperaturen ausflocken (Winterdiesel auch unter −6 °C).<ref>Wenn im Winter der Dieselmotor streikt. ÖAMTC, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref>
Aus Methanol können auch andere Treibstoffe (synthetischer Kraftstoff bzw. e-Fuel) hergestellt werden, wie beispielsweise synthetisches Benzin oder Polyoxymethylendimethylether (OME), welcher in konventionellen Diesel-Fahrzeugen als Kraftstoff eingesetzt werden kann und wie Methanol sehr sauber verbrennt.
Im Vergleich zu aus Erdgas produziertem konventionellem Wasserstoff ist konventionelles Methanol (z. B. Lieferung im IBC) kostengünstiger als Wasserstoff in Drucktanks/Gasflaschen mit demselben Energieinhalt, was unter anderem auf den höheren Aufwand für Kompression, Transport und Lagerung von Wasserstoff zurückzuführen ist (vgl. Brennstoffkostenvergleich im Artikel Reformed Methanol Fuel Cell).
Im Gegensatz zu gasförmigen Brennstoffen, wie beispielsweise Wasserstoff, LPG oder Erdgas, entfallen die für Druckgasbehälter geltenden strengen Regularien und das Risiko des explosionsartigen Berstens bei einem Brand (zunehmender Überdruck durch Erwärmen) sofern kein funktionsfähiges Sicherheitsventil mit dem Druckgasbehälter in Kontakt steht.<ref>Druckgasflaschenlagerung: Brandtest in Finnland | asecos. In: Youtube. Asecos, abgerufen am 10. Juli 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>
Im Gegensatz zu den meisten anderen Kohlenwasserstoffen kann Methanol vergleichsweise einfach und effizient in einem Methanol-Reformer bei Temperaturen unter 280 °C zu wasserstoffhaltigem Gas umgewandelt werden, sodass eine Vor-Ort-Produktion von Wasserstoff möglich ist.<ref name=":5">Samuel Simon Araya, Vincenzo Liso, Xiaoti Cui, Na Li, Jimin Zhu: A Review of The Methanol Economy: The Fuel Cell Route. In: Energies. Band13, Nr.3, 29. Januar 2020, ISSN1996-1073, S.596, doi:10.3390/en13030596 (mdpi.com [abgerufen am 10. Juli 2021]).</ref> Methanol ist somit auch als Wasserstoffspeicher geeignet.
Regeneratives Methanol kann aus Hausmüll wettbewerbsfähig und großindustriell hergestellt werden (aktuell z. B. Enerkem).<ref name=":0" />
Im Gegensatz zu gasförmigen Brennstoffen, welche in Druckbehältern gelagert werden (z. B. Wasserstoff, LPG oder Erdgas), entfällt für Methanol der Energieaufwand zum Komprimieren des Gases.
Der Wirkungsgrad für die Herstellung von Methanol aus grünem Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid ist höher als bei der Herstellung von anderen Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise Methan. Der theoretische Wirkungsgrad für die Synthese von Methanol aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid beträgt 85 %, während er für die Synthese von Methan 78 % beträgt.<ref>Sven Kreidelmeyer, Hans Dambeck, Almut Kirchner, Marco Wünsch: Kosten und Transformationspfade für strombasierte Energieträger. In: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Prognos, abgerufen am 9. Juli 2021.</ref> Sofern die Abwärme der Methanol-Synthese genutzt wird, kann der Wirkungsgrad darüber hinaus erhöht 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.
Bei Verwendung von e-Methanol (Power to Liquid) in Brennstoffzellenfahrzeugen ist der Well-to-Wheel Wirkungsgrad zwar vergleichbar mit dem Well-to-Wheel Wirkungsgrad bei Verwendung von Wasserstoff, aber dennoch signifikant geringer als der Well-to-Wheel Wirkungsgrad bei batterieelektrischen Fahrzeugen (zumindest sofern die bei der Elektrolyse zur Erzeugung von grünem Wasserstoff und die bei der Methanolherstellung aus Wasserstoff anfallende Abwärme nicht in bedeutendem Umfang genutzt wird).Datei:Methanol from supermarket.jpgMethanol aus Supermarkt als Grillanzünderflüssigkeit (Spanien, 99 % Methanol, blau eingefärbt)
Methanol ätzt Aluminium, die Verwendung von Aluminiumteilen im Motor-Kraftstoffeinlass-System kann daher problematisch sein.
Durch die Hydrophilie können sich besonders bei kaltem Wetter gelartige und feste Einlagerungen im Kraftstoffeinlass-System bilden, dort ist eine Abspaltung eines nicht brennbaren und korrosiven Bestandteils möglich. 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 im Gegensatz zu Benzin oder Diesel keine schmierend wirkenden Eigenschaften. Dies verbietet beispielsweise den Einsatz von Methanol in Pumpen, die auf die Schmierwirkung des Fördermittels angewiesen sind. Methanol wirkt sehr stark entfettend und korrosiv.
Die Flamme von Methanol ist unsichtbar.
Methanol ist eine Flüssigkeit, was eine größere Brandgefahr verursacht; anders als Wasserstoff und andere Gase diffundiert Methanol nicht von Leckstellen weg.
Methanol besitzt eine niedrige Flüchtigkeit bei kaltem Wetter. Methanol-betriebene Motoren könnten daher Startschwierigkeiten haben und laufen unwirtschaftlich bis zur Erreichung der Betriebstemperatur.
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; eine schädliche Wirkung des von der WHO 2004 als „krebserregend für den Menschen“ (CMR-Gefahrstoff) eingestuften Abbauprodukts Formaldehyd ist umstritten, da dieses schnell weiter zu Ameisensäure metabolisiert wird, deren Anreicherung dann jedoch zur Metabolischen Azidose und schlimmstenfalls zum Tod führen kann. In vielen Ländern ist Methanol freiverkäuflich für Privatpersonen und beispielsweise als Windschutzscheibenreiniger oder Grillanzünder-Flüssigkeit in Supermärkten zu finden, wobei das Methanol oftmals eingefärbt ist. Um die orale Aufnahme von Methanol zu vermeiden, wird in manchen Methanol-Kraftstoffen ein Bitterstoff als Vergällungsmittel (z. B. Denatoniumbenzoat) zugegeben.<ref name=":2" />
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.
Produktion
Europa
In Island betreibt das Unternehmen Carbon Recycling International eine Anlage zur Gewinnung von e-Methanol aus CO2 aus einer Geothermieanlage mit einer Methanol-Produktionskapazität von über 4000 t/a. Die Anlage wurde nach Olah benannt.<ref name=":0" />
OCI/BioMCN aus den Niederlanden hat eine Produktionskapazität von über 60.000 t/a zur Produktion von regenerativem Methanol (Biomethanol und e-Methanol).<ref name=":0" /><ref>Nouryon schließt Vertrag zur Lieferung von grünem Wasserstoff. Chemietechnik, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref>
Die BASF produziert Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen unter dem Namen EU-REDcert Methanol. Dabei werden unter anderem Abfälle und Reststoffe eingesetzt.<ref name=":0" /><ref>BASF produziert Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen. Chemietechnik, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref>
Im Mai 2019 wurde im Rahmen des EU-Forschungsprojekts MefCO2 (Methanol-Treibstoff aus CO2, {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Vorlage:lang:103: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)) eine Demonstrationsanlage am Kraftwerk Niederaußem in Deutschland mit einer täglichen Produktionskapazität von einer Tonne Methanol in Betrieb genommen.<ref>Niederaußem ist Schauplatz wichtiger technologischer Fortschritte. RWE Power AG, 28. Mai 2019, abgerufen am 25. Januar 2020.</ref> Das produzierte Methanol wurde zur Denitrifikation in einer Kläranlage eingesetzt.<ref>Horizon 2020-Projekt zeigt eMethanol als chemischen Energiespeicher. In: CleanThinking.de. 16. August 2020, abgerufen am 11. Juli 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>
Im Rahmen des Konsortiums Power to Methanol Antwerp BV aus ENGIE, Fluxys, Indaver, INOVYN, Oiltanking, PMV und dem Hafen von Antwerpen soll eine Anlage zur Produktion von 8000 t/a an erneuerbarem Methanol entstehen (Stand Mai 2020).<ref>Konsortium treibt Projekt für Power-to-Methanol voran. Chemietechnik, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref> Das für die Produktion des e-Methanols nötige Kohlenstoffdioxid soll dabei mittels Carbon Capture and Utilisation (CCU) aus Emissionen abgetrennt werden.
Die Wacker Chemie AG plant im Rahmen eines beantragten Förderprojektes (RHYME) den Bau eines Anlagenkomplexes, um grünen Wasserstoff und erneuerbares Methanol zu produzieren (Stand April 2021). Für die Synthese des Methanols aus grünem Wasserstoff soll dabei das Kohlenstoffdioxid aus bestehenden Produktionsprozessen des Chemiestandorts sowie ggf. aus weiteren Industrieprozessen (z. B. CO2 aus Zementwerken) verwendet werden. Pro Jahr sollen in dem Anlagenkomplex 15.000 t erneuerbares Methanol produziert werden, welches sowohl für weitere unternehmensinterne Produktionsprozesse (z. B. Silikonherstellung) eingesetzt als auch als erneuerbarer Treibstoff vermarktet werden soll.<ref>Projekt zur Herstellung von grünem Wasserstoff und erneuerbarem Methanol kommt in die nächste Auswahlrunde für EU-Förderung. Wacker Chemie AG, abgerufen am 9. Juli 2021.</ref>
Am Standort Örnsköldsvik in Schweden plant das Konsortium Liquid Wind gemeinsam mit Worley eine Anlage mit einer Produktionskapazität von 50.000 t/a an regenerativem e-Methanol (Stand Mai 2021). Das Kohlenstoffdioxid soll aus einem Biomasse-Kraftwerk stammen. Bis 2050 will Liquid Wind 500 ähnliche Anlagen errichten. Zu den Mitgliedern des Konsortiums gehören Alfa Laval, Haldor Topsoe, Carbon Clean und Siemens Energy.<ref>Ansgar Kretschmer: Worley plant E-Methanol-Anlage für Liquid Wind in Schweden. Chemietechnik, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref><ref>Flagships. From emissions to lucrative opportunity. LiquidWind, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref>
TotalEnergies, der mit einer Produktionsmenge von 700.000 t/a laut eigenen Angaben größte Methanolproduzent Europas, startet das Projekt e-CO2Met zur Produktion von klimaneutralem Methanol in Leuna (Stand Juni 2021).<ref>Jona Göbelbecker: Total Energies startet Projekt für klimaneutrales Methanol in Leuna. Chemietechnik, abgerufen am 11. Juli 2021.</ref> Dabei soll ein 1-MW-Hochtemperatur-Elektrolyseur eingesetzt werden. Das Kohlenstoffdioxid soll aus Produktionsprozessen der Raffinerie stammen.
Enerkem aus Kanada produziert regeneratives Methanol mit einer Kapazität von etwa 100.000 t/a.<ref name=":0" /> Insbesondere wird das Methanol aus Hausmüll produziert.
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 Dimethylether 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.
Im „Liquid Solar Fuel Production demonstration Project“ konnte im Jahr 2020 die großtechnische Produktion von regenerativem Methanol durch Sonnenenergie mit einem 10 MW Elektrolyseur dargestellt werden.<ref>‘Liquid sunshine’ enlightens new way of green energy. American Association for the Advancement of Science (AAAS), abgerufen am 1. August 2021.</ref>
Ende 2021 soll in der Provinz Henan in der „Shunli CO2-To-Methanol Plant“ mit Unterstützung durch Carbon Recycling International die mit einer Kapazität von 110.000 t/a weltgrößte Anlage zur Produktion von Methanol aus CO2 entstehen.<ref>Commercial scale ETL plant in China. Carbon Recycling International, abgerufen am 2. August 2021.</ref>
Mehrere Kraftfahrzeughersteller, wie die FAW Group, Shanghai Huapu, Geely Group, Chang’an, Shanghai Maple und SAIC bereiten sich für die Massenproduktion von mit Methanol betriebenen Fahrzeugen vor.<ref name=":1">Methanol Facts. Methanol Institute, abgerufen am 9. Juli 2021.</ref> Unter anderem sollen Flotten aus Bussen und Taxis mit Methanol angetrieben werden.
In der Provinz Shanxi existieren 1000 Tankstellen, die M15 abgeben, und 40 weitere, die M85-M100 abgeben.<ref name=":1" /> Bis 2025 will die Regierung von Shanxi an 2000 weiteren Tankstellen Zapfsäulen auf Methanol-Kraftstoff umrüsten sowie 200.000 Fahrzeuge auf den Betrieb mit Methanol umrüsten.<ref name=":1" />
F. Asinger: Methanol, Chemie- und Energierohstoff. Akademie-Verlag, Berlin 1987, ISBN 3-05-500341-1.
Martin Bertau, Heribert Offermanns, Ludolf Plass, Friedrich Schmidt, Hans-Jürgen Wernicke: Methanol: The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future: Asinger’s Vision Today. Verlag Springer, 2014, ISBN 978-3-642-39708-0 (750 Seiten).
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