¿Qué podemos hacer con respecto al calentamiento relacionado con la aviación? Una exploración a través del metanol

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Sobre Quora, alguien me preguntó si el metanol era un combustible viable para reemplazar el queroseno de aviación. Exploré la pregunta para evaluar el valor potencial de la misma.

Hay varios puntos que destacar. Para empezar, es completamente posible sintetizar metanol a partir de fuentes biológicas o moleculares. Evalué eso como parte de mi inmersión profunda en las tonterías del aire-combustible de Carbon Engineering. [1] La síntesis de metanol tiene una larga historia, por lo que no hay magia allí. Curiosamente, he estado en la oficina central de Methanex, el gorila de 800 libras en el espacio global del metanol. Están basados ​​en Vancouver y estaban cambiando parte de su automatización, y yo los estaba ayudando con algunas opciones estratégicas.

Sin embargo, existen múltiples desafíos con la aviación, no solo con el CO2. Veamos cada uno.

El primero son las emisiones directas de CO2 a la atmósfera por la quema de combustibles fósiles. Ese es el primer paso. El metanol creado de forma biológica o sintética ciertamente reduciría eso, pero no lo eliminaría.

Gráfico de deuda de CO2e de metanol sintético

Gráfico de deuda de CO2e de metanol sintético de Electronia Estudio de caso de ingeniería de carbono por autor

En la evaluación, elaboré la deuda de carbono de la síntesis de metanol. El proceso de Ingeniería de Carbono, si fabricaran metanol, comenzaría con una tonelada de CO2 y terminaría con 0,73 toneladas de metanol. Muy pocas matemáticas nos dicen que cada tonelada de metanol sintético, dados los mejores números posibles para el proceso de síntesis, está en el rango de 0,27 toneladas de CO2e como deuda de carbono. Eso es antes de la distribución, que ignoraremos.

Al quemarse, el CO2 que había venido de la atmósfera volvería a la atmósfera, por lo que el efecto de quemar una tonelada de metanol en un avión sería una emisión neta de 0,27 toneladas de CO2, que es mejor.

Sin embargo, el problema es que el CO2 se captura a nivel del suelo y se emite principalmente a alrededor de 30,000 pies. Y el efecto del CO2 emitido en la atmósfera es aproximadamente el doble que el del CO2 emitido a nivel del suelo por una variedad de razones químicas y de mezcla atmosférica. . Entonces, mientras tomamos una tonelada de CO2 del aire a nivel del suelo o de la chimenea, la colocamos a 30,000 pies en el aire donde su impacto se duplica.

Básicamente, esto reduce las emisiones actuales de las aeronaves del equivalente a dos toneladas de CO2e a 1,27 toneladas de CO2e. Mejor, pero no mejor.

El segundo desafío con los viajes aéreos y el calentamiento son las estelas de condensación. Atrapan el infrarrojo saliente más de lo que reflejan la insolación, por lo que provocan el calentamiento por sí mismos. Los sistemas de energía de metanol por sí mismos no hacen nada para la generación de estelas.[2] El calentamiento relacionado con las estelas de vapor está en el rango del 10% del calentamiento total relacionado con las aeronaves, por lo que las 1,27 toneladas de CO2e se convierten en aproximadamente 1,77 toneladas de CO2e.

El tercer problema es la producción de óxidos nitrosos al quemar queroseno. El NOx en la altitud también es un factor de calentamiento global.[3] La quema de metanol puro no emite NOx, por lo que un sistema de energía de metanol esquiva esta bala.[4]

Pero espera hay mas. El metanol tiene una densidad de energía menor que el queroseno, el principal combustible para aviones. El queroseno funciona a 830 kg / m3 mientras que el metanol a 787 kg / m3.[5] Lo que eso significa es que tienes que quemar más metanol para obtener la misma energía, aproximadamente un 5% más. De modo que 1,77 toneladas de CO2e se convierten en aproximadamente 1,86 toneladas de CO2e.

Entonces, el metanol reduciría el calentamiento global de los aviones en aproximadamente un 50%. Aproximadamente el 5% del forzamiento total del calentamiento global proviene de aviones alimentados con queroseno en la actualidad, según los estudios, por lo que hemos bajado al 2,5%.[6] Eso no es suficiente. El objetivo es el 100%.

Afortunadamente, los impactos de las estelas de condensación se pueden reducir mediante algunos cambios operativos, principalmente volando más bajo y tener menos vuelos nocturnos reduce una cantidad sorprendente del impacto. Pero volar más bajo también aumenta el consumo de combustible y nadie va a dejar de volar de noche, por lo que eso es potencialmente un poco complicado.

En otras palabras, no creo que el metanol sea la respuesta. En mi opinión, la batería eléctrica será la respuesta para todos los vuelos locales y regionales, y todavía no tengo una gran respuesta para los vuelos de larga distancia. Mark Z. Jacobson, cuando le hablé sobre el tema, cree que se debe desarrollar un tren de potencia de hidrógeno. ZeroAvia es una startup que ya ha demostrado un pequeño avión propulsado por pila de combustible de hidrógeno.[7] Cuenta con el respaldo de inversiones de Bill Gates y Jeff Bezos, quienes tienen toneladas de dinero, pero al menos en el caso de Gates, con frecuencia hacen malas apuestas tecnológicas (ver Carbon Engineering como un excelente ejemplo).

Los vuelos de larga distancia se encuentran en la categoría de transporte en la que digo que “el hidrógeno aún no ha demostrado ser una pérdida de tiempo”, a diferencia de todos los transportes terrestres y la mayoría de las soluciones de almacenamiento de energía.[8]

Notas al pie

[1] Informe Electronia: un caso de estudio sobre una tecnología que debería dejarse de lado hasta 2050, la hoja de parra aire-combustible de Carbon Engineering
[8] El hidrógeno podría satisfacer del 3 al 4% de las necesidades totales de combustible para el transporte

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