El metanol como catalizador de la transición energética

Introducción

Actualmente el metanol es considerado como una de las mejores opciones en la búsqueda de alternativas a los combustibles fósiles en la transición energetica; lo cual, implica un cambio hacia fuentes de energía renovables y sostenibles con el fin de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero sin comprometer la viabilidad económica.

Tradicionalmente derivado de combustibles fósiles, el metanol es un compuesto químico con un bajo número de carbono y representa una solución alternativa en sectores como el transporte marítimo. A continuación, abarcaremos el concepto del metanol como un impulsor hacia la transición energética, así como también las innovaciones en los procesos de producción sostenible, destacando su papel en la reducción de emisiones y en la independencia de los combustibles fósiles.

¿Qué es el metanol?

Es un compuesto químico de uso industrial debido a sus múltiples aplicaciones, siendo una de las más importantes la producción de combustibles sintéticos. En su estado natural, es un líquido ligero a temperatura ambiente, lo que facilita su transporte y almacenamiento¹.

La mayor parte de la producción proviene del gas natural, y el proveniente de fuentes renovables, conocido como metanol verde, representa una solución viable para reducir la huella de carbono en industrias como el transporte marítimo². Además, su forma líquida y baja huella de carbono lo posicionan como un combustible prometedor en la transición energética hacia alternativas menos contaminantes.

Este corto vídeo explica por qué el metanol representa una solucion segura y amigable con el medio ambiente para la transicion energetica. Fuente cortesía de: Methanol Institute.

Usos del metanol en la industria energética

• Combustible alternativo: Se utiliza como combustible en motores de combustión interna y pilas de combustible; así como, en mezclas con gasolina debido a su alto octanaje. Su combustión genera menos emisiones de gases de efecto invernadero y contaminantes del aire, lo que lo convierte en una opción más limpia comparada con los combustibles convencionales.
• Almacenamiento de energía: Cuando se produce a partir de fuentes de energía renovable puede almacenarse como forma de energía en caso de existir excesos, este puede convertirse nuevamente en electricidad o usarse como combustible. Además, se puede emplear en pilas de combustible de etanol para generar electricidad mediante procesos electroquímicos, siendo útil para aplicaciones portátiles, transporte y generación de energía estacionaria.
• Fabricación de biodiésel: En el proceso de transesterificación, el metanol es un componente esencial para convertir triglicéridos de aceites vegetales, grasas animales o recicladas en biodiésel. Este proceso produce ésteres alquílicos de ácidos grasos (biodiésel) y glicerina como subproducto.

Impacto del metanol en la reducción de emisiones de carbono

El metanol verde, representa una solución clave en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Este compuesto químico, que tradicionalmente se produce a partir de gas natural, puede generarse mediante procesos sostenibles que utilizan biomasa o electricidad renovable. Este nuevo modelo de producción contribuye a la descarbonización de industrias altamente contaminantes, y además presenta una serie de ventajas prácticas que facilitan su adopción a gran escala.

El problema del transporte marítimo y los combustibles fósiles

El transporte marítimo es una de las principales fuentes de emisiones de GEI, con 1,076 millones de toneladas emitidas anualmente, representando alrededor del 14% de las emisiones totales del sector transporte³. La mayoría de los grandes buques de carga utilizan fueloil, un combustible altamente contaminante que contribuye significativamente al aumento del dióxido de carbono (CO₂) y otros contaminantes, como el carbono negro y los óxidos de azufre. Esta situación ha llevado a que el transporte marítimo sea el tercer mayor emisor de gases contaminantes, solo por detrás del terrestre y el aéreo.

Con la llegada de las regulaciones y las crecientes expectativas de los consumidores, el sector marítimo está explorando alternativas a los combustibles fósiles, como el metanol verde, una opción viable y prometedora. Este combustible bajo en carbono tiene un menor impacto ambiental en términos de emisiones directas y también facilita la transición energética debido a sus propiedades físicas y a la infraestructura ya existente para su almacenamiento y distribución.

Metanol verde: una solución a las emisiones marítimas

A diferencia de otros combustibles alternativos, como el gas natural licuado (GNL), el metanol se presenta en estado líquido a temperatura ambiente, lo que simplifica su manejo y almacenamiento. Mientras que el GNL requiere tanques especiales capaces de mantener temperaturas extremadamente bajas, el metanol puede almacenarse en tanques convencionales, con algunas modificaciones mínimas. De los 100 principales puertos internacionales, 88 ya cuentan con la infraestructura necesaria para abastecer metanol, lo que facilita enormemente su adopción⁴.

Empresas como A.P. Moller – Maersk han liderado el camino en la implementación de metanol verde. En 2023, la compañía lanzó su primer buque alimentador propulsado por este combustible, lo que representa un hito importante en la transición hacia un transporte marítimo más sostenible. Maersk tiene previsto la construcción y explotación de una planta para la producción de combustibles verdes para explorar las oportunidades de producir fueles ecológicos para transporte marítimo en busca de las soluciones sostenibles en todo el mundo que le permitan alcanzar su objetivo de descarbonización para 2040, contribuyendo así a la transición energética en concordancia con los Acuerdos de París, han añadido desde la compañía.

Impacto en el ciclo de vida de las emisiones

Para evaluar su impacto real en la reducción de emisiones, es necesario analizar el ciclo de vida, desde la producción del combustible hasta su combustión en el motor. Este enfoque, conocido como “well-to-wake”, permite una visión integral de las emisiones generadas por un combustible, incluyendo tanto las asociadas a su producción como a su uso final.

Según estudios del International Council on Clean Transportation (ICCT), las emisiones de GEI asociadas al metanol dependen en gran medida de la fuente de la que se derive. El metanol producido a partir de gas natural (metanol gris) y el producido por el gas natural en conjunto con tecnología de captura y almacenamiento de carbono (metanol azul) generan un alto nivel de emisiones. Sin embargo, cuando el metanol se produce a partir de biomasa (biometanol) o su conversión con electricidad renovable (e-metanol), las emisiones se reducen drásticamente, llegando a ser competitivas con los combustibles fósiles más limpios. El metanol verde, en su ciclo de vida, tiene el potencial de ser uno de los combustibles líquidos con menor huella de carbono.

Ventajas operativas del metanol en la reducción de emisiones

Una de las principales ventajas del metanol es su compatibilidad con la infraestructura y los sistemas existentes en el transporte marítimo. A diferencia de otros combustibles alternativos que requieren una infraestructura completamente nueva, este compuesto puede ser almacenado y distribuido utilizando tanques y sistemas de abastecimiento ya en funcionamiento, lo que reduce significativamente los costos de adopción. Además, los motores de doble combustible permiten una transición gradual hacia el uso exclusivo de metanol verde sin la necesidad de inversiones significativas en tecnología de propulsión.

Innovaciones tecnológicas que impulsan el uso del metanol

Pilas de Combustible de Metanol Directo (DMFC)

Estas pilas son una variante de las pilas de combustible de membrana polimérica, similares a las pilas de combustible de Membrana de Intercambio de Protones (PEM), pero con la diferencia de que las DMFC emplean metanol líquido mezclado con agua. Este aspecto elimina la necesidad de reformar dicho compuesto en hidrógeno antes de introducirlo en el sistema, simplificando la operación y reduciendo costos.

El funcionamiento de la DMFC se basa en la oxidación directa del metanol en el ánodo, lo que produce dióxido de carbono y protones. Dichos protones migran a través de una membrana polimérica que actúa como electrolito, mientras que los electrones generados en el proceso electroquímico fluyen por un circuito externo, generando electricidad. En el cátodo, los protones se combinan con oxígeno del aire para formar agua. Este proceso se puede expresar mediante dos reacciones clave: la reformación de metanol en el ánodo y la reacción electroquímica en el cátodo.

La tecnología DMFC presenta varias ventajas. El uso de un combustible líquido, simplifica su manipulación y almacenamiento en comparación con el hidrógeno gaseoso, lo que lo hace más viable para aplicaciones portátiles y automotrices. Además, debido a su naturaleza líquida, el metanol es fácil de transportar, facilitando su integración en sistemas de energía móviles, como dispositivos electrónicos portátiles (ordenadores portátiles, teléfonos móviles) y, potencialmente, en vehículos.

Tecnología de Captura y Almacenamiento de Carbono (CCS)

En el contexto de la producción de metanol, la tecnología de Captura y Almacenamiento de Carbono (CCS) se combina con tecnologías de Captura y Utilización de Carbono (CCU), donde se captura el CO₂ de gases de combustión y se utiliza como materia prima para producir el compuesto deseado. Este proceso integra tres etapas principales⁵:

1. Electrólisis para producir hidrógeno verde: Mediante un electrolizador de Membrana de Electrolito Polimérico (PEM), el agua se divide en hidrógeno y oxígeno utilizando energía renovable. El hidrógeno producido es esencial para la conversión de CO₂ en metanol.
2. Captura de CO₂ post-combustión: En esta etapa, se extrae el CO₂ de los gases emitidos por industrias como las cementeras. Se utiliza una mezcla de disolventes (MDEA y piperazina) para absorber el CO₂, que luego se comprime y purifica mediante procesos avanzados de absorción y regeneración.
3. Conversión catalítica del CO₂: Una vez capturado, el CO₂ se combina con hidrógeno verde en un reactor catalítico, convirtiéndose en metanol y agua. Este puede ser usado como combustible o materia prima en diversas industrias.

El uso del CCS en la producción de metanol ayuda a reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero, convirtiendo el CO₂ en un recurso útil en lugar de un contaminante. Esta tecnología es un ejemplo de cómo la captura de carbono puede integrarse en procesos industriales para promover la sostenibilidad.

Conclusiones

En el panorama energético, el metanol representa una alternativa de solución para reducir las emisiones de carbono y disminuir el efecto invernadero. La producción a partir de fuentes renovables, como la biomasa o mediante la captura de CO₂, lo convierte en una opción viable respecto a los combustibles fósiles, siendo uno de los sectores el marítimo, debido a su facilidad de manejo y almacenamiento, además de hacer uso de la infraestructura existente, facilitando la adopción a gran escala.

Su produccion a partir de fuentes renovables lo posiciona como un catalizador clave en la transición energética hacia un futuro más sostenible, en sectores industriales y del transporte con respecto a los combustibles fósiles. Al integrarse a las estrategias globales de descarbonización, este compuesto puede impulsar el desarrollo de tecnologías más eficientes, marcando el camino hacia una economía baja en carbono y fomentando una mayor independencia energética.

Referencias

1. AIMPLAS – Instituto Tecnológico del Plástico. (2023, 2 de octubre). Metanol, el motor para alcanzar la transición energética. Consultado el 15 de septiembre de 2024 de https://www.aimplas.es/blog/metanol-el-motor-para-alcanzar-la-transicion-energetica
2. Iberdrola. (s.f.). Metanol verde: el combustible que puede acelerar la transición energética del transporte marítimo. Consultado el 15 de septiembre de 2024 de https://www.iberdrola.com/conocenos/nuestra-actividad/hidrogeno-verde/metanol-verde
3. GTA Ingeniería y Medio Ambiente. (2023, 30 de noviembre). La producción de metanol verde, alternativa en la lucha para la descarbonización. Consultado el 16 de septiembre de 2024 de https://www.gtaingenieria.es/novedad/la-produccion-de-metanol-verde-alternativa-en-la-lucha-para-la-descarbonizacion/271
4. ECODES. (s.f.). Un paso adelante para el metanol “verde”. Consultado el 16 de septiembre de 2024 de https://ecodes.org/hacemos/cambio-climatico/incidencia-en-politicas-publicas/por-un-transporte-maritimo-limpio/un-paso-adelante-para-el-metanol-verde
5. Djettene, R., Dubois, L., Duprez, M., De Weireld, G., & Thomas, D. (2024). Integrated CO2 capture and conversion into methanol units: Assessing techno-economic and environmental aspects compared to CO2 into SNG alternative. Journal of CO2 Utilization, 85, 102879. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2024.102879