Μεθάνιο

Αέριο που είναι άχρωμο και άοσμο και που απαντάται σε αφθονία στη φύση καθώς και ως υποπροϊόν ορισμένων ανθρώπινων δραστηριοτήτων, όπως η γεωργία. Το μεθάνιο είναι το πιο βασικό μέλος της σειράς παραφινών υδρογονανθράκων και είναι επίσης ένα από τα πιο ισχυρά αέρια του θερμοκηπίου που είναι γνωστά στην επιστήμη. Ο χημικός τύπος αυτής της ουσίας είναι CH4.

Χημικές ιδιότητες του μεθανίου

Το μεθάνιο έχει ειδικό βάρος 0,554, καθιστώντας το σημαντικά ελαφρύτερο από τον αέρα. Μόνο μια μικρή ποσότητα του είναι διαλυτή στο νερό. Αυτή η ουσία καίγεται γρήγορα στον αέρα, απελευθερώνοντας διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς. η φλόγα είναι χλωμή, ελαφρώς λαμπερή και αρκετά καυτή στην αφή. Το μεθάνιο έχει θερμοκρασία βρασμού 162 βαθμούς Κελσίου (259,6 βαθμούς Φαρενάιτ) και σημείο τήξης 182,5 βαθμούς Κελσίου (296,5 βαθμούς Φαρενάιτ). Ωστόσο, οι συνδυασμοί μεθανίου και αέρα, με την περιεκτικότητα σε μεθάνιο να κυμαίνεται από 5 έως 14 τοις εκατό κατ' όγκο, είναι εκρηκτικοί λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς τους σε μεθάνιο. Οι εκρήξεις τέτοιων μειγμάτων ήταν συχνές σε ανθρακωρυχεία και ανθρακωρυχεία και ήταν η αιτία πολλών τραγωδιών εξόρυξης στην πρόσφατη ιστορία.

δομή του μεθανίου

Το μεθάνιο (CH4) έχει μια τετραεδρική δομή, η οποία εξηγείται από την υπόθεση VSEPR (απώθηση ζεύγους ηλεκτρονίων σθένους) για το σχήμα του μορίου, η οποία υποθέτει ότι τα τέσσερα ζεύγη ηλεκτρονίων δεσμού (που φαίνονται από τα γκρίζα σύννεφα) υιοθετούν θέσεις που ελαχιστοποιούν την αμοιβαία απώθησή τους μεταξύ τους.

Πηγές μεθανίου

Το μεθάνιο δημιουργείται φυσικά στο περιβάλλον από την αναερόβια βακτηριακή διάσπαση της φυτικής ύλης παρουσία νερού (όπου μερικές φορές ονομάζεται αέριο βάλτου ή αέριο βάλτου). Πιστεύεται ότι οι υγροτοπικές περιοχές είναι η πιο σημαντική φυσική πηγή μεθανίου που παράγεται με αυτόν τον τρόπο. Οι πεπτικές δραστηριότητες των τερμιτών, των ηφαιστείων, των αεραγωγών του πυθμένα των ωκεανών και των κοιτασμάτων ένυδρου μεθανίου που εμφανίζονται κατά μήκος των ηπειρωτικών άκρων, κάτω από τον πάγο της Ανταρκτικής και κάτω από τον μόνιμο πάγο της Αρκτικής είναι όλες σημαντικές πηγές μεθανίου στο φυσικό περιβάλλον. Το μεθάνιο, επίσης γνωστό ως πυράντοχο (εύφλεκτο αέριο), είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου, το οποίο περιλαμβάνει από 50 έως 90 τοις εκατό μεθάνιο (ανάλογα με την πηγή) και εμφανίζεται φυσικά ως συστατικό του αποσβεστήρα (εύφλεκτο αέριο) κατά μήκος των ραφών άνθρακα.

Η παραγωγή και η καύση φυσικού αερίου και άνθρακα είναι οι δύο πιο σημαντικές ανθρωπογενείς (που σχετίζονται με τον άνθρωπο) πηγές εκπομπών μεθανίου. Δραστηριότητες όπως η εξόρυξη και η επεξεργασία φυσικού αερίου, η καταστροφική απόσταξη ασφαλτούχου άνθρακα στην παραγωγή αερίου άνθρακα και αερίου φούρνου οπτάνθρακα και η καταστροφή ασφαλτούχου άνθρακα στην παραγωγή αερίου άνθρακα και αερίου οπτανθρακοποίησης έχουν ως αποτέλεσμα σημαντικά ποσότητες μεθανίου που απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Εκτός από την καύση βιοκαυσίμων, η εκτροφή ζώων και η διαχείριση των απορριμμάτων είναι όλες δραστηριότητες που συμβάλλουν στην παραγωγή μεθανίου (όπου τα βακτήρια παράγουν μεθάνιο καθώς αποσυνθέτουν τη λάσπη στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας απορριμμάτων και την αποσύνθεση σε χώρους υγειονομικής ταφής).

Χρήσεις μεθανίου

Το μεθάνιο είναι μια σημαντική πηγή υδρογόνου καθώς και μια σειρά από οργανικές ενώσεις. Το μεθάνιο αλληλεπιδρά με τον ατμό σε υψηλές θερμοκρασίες για την παραγωγή μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου, το τελευταίο από τα οποία χρησιμοποιείται για την παραγωγή αμμωνίας, η οποία χρησιμοποιείται για την παραγωγή εκρηκτικών και λιπασμάτων. Η μεθανόλη, το χλωροφόρμιο, ο τετραχλωράνθρακας και το νιτρομεθάνιο είναι μερικές μόνο από τις χρήσιμες ενώσεις που μπορούν να παραχθούν από το μεθάνιο. Το μαύρο υδατάνθρακα παράγεται από ατελή καύση μεθανίου και χρησιμοποιείται συνήθως ως ενισχυτικό συστατικό στο καουτσούκ, όπως το καουτσούκ που χρησιμοποιείται στα ελαστικά αυτοκινήτων.

Ρόλος ως αέριο θερμοκηπίου

Στην ατμόσφαιρα, το μεθάνιο που δημιουργείται και απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα προσλαμβάνεται από καταβόθρες μεθανίου, οι οποίες αποτελούνται από το έδαφος και τη διαδικασία οξείδωσης του μεθανίου στην τροπόσφαιρα (τη χαμηλότερη ατμοσφαιρική περιοχή). Η πλειονότητα του μεθανίου που παράγεται φυσικά αντισταθμίζεται από την ποσότητα μεθανίου που απορροφάται στις φυσικές καταβόθρες. Η ανθρωπογενής παραγωγή μεθανίου, από την άλλη πλευρά, έχει τη δυνατότητα να προκαλέσει τις συγκεντρώσεις του μεθανίου να αυξηθούν ταχύτερα από ό,τι μπορούν να αντιμετωπιστούν από τις καταβόθρες. Από το 2007, οι συγκεντρώσεις μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης αυξάνονται κατά 6,8–10 μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb) κάθε χρόνο, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας. Μέχρι το 2020, οι συγκεντρώσεις μεθανίου στην ατμόσφαιρα είχαν αυξηθεί στα 1873,5 μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb), δύο έως τρεις φορές υψηλότερες από τα προβιομηχανικά επίπεδα, τα οποία παρέμειναν περίπου 600–700 ppb.

Καθώς τα επίπεδα μεθανίου αυξάνονται στην ατμόσφαιρα, παίζει ρόλο στη δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου, το οποίο συμβαίνει όταν ορισμένα αέρια του θερμοκηπίου (κυρίως διοξείδιο του άνθρακα αλλά και μεθάνιο και υδρατμοί) απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία (καθαρή θερμική ενέργεια) και την εκπέμπουν ξανά στη Γη. επιφάνεια, παγιδεύοντας δυνητικά τη θερμότητα και προκαλώντας σημαντικές αλλαγές στο κλίμα. Άμεσα ή έμμεσα, η αύξηση του ατμοσφαιρικού μεθανίου συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Παράδειγμα:Στην οξείδωση μεθανίου, οι ρίζες υδροξυλίου (ΟΗ) απομακρύνουν το μεθάνιο από την ατμόσφαιρα αντιδρώντας μαζί του για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς. Καθώς οι συγκεντρώσεις του μεθανίου στην ατμόσφαιρα αυξάνονται, η ποσότητα των ριζών υδροξυλίου στην ατμόσφαιρα μειώνεται, με αποτέλεσμα μια σημαντική παράταση της διάρκειας ζωής του μεθανίου στην ατμόσφαιρα. Οι ρίζες υδροξυλίου στην ατμόσφαιρα μειώνονται, με αποτέλεσμα σημαντική παράταση της διάρκειας ζωής του μεθανίου στην ατμόσφαιρα.

Συμπέρασμα

Το μεθάνιο έχει σημαντικά περιβαλλοντικά οφέλη, καθώς παράγει σημαντικά περισσότερη θερμότητα και φωτεινή ενέργεια ανά μονάδα μάζας από οποιονδήποτε άλλο υδρογονάνθρακα ή ορυκτό καύσιμο, συμπεριλαμβανομένου του άνθρακα και της βενζίνης που προέρχεται από πετρέλαιο, ενώ εκπέμπει σημαντικά λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα και άλλους ρύπους που συμβάλλουν στην αιθαλομίχλη και ανθυγιεινή ατμοσφαιρική ρύπανση.