Mitä on metaanikaasu?

Metaani (CH4) on väritön ja hajuton kaasu, jota käytetään yleisesti polttoaineena ja joka on maakaasun pääkomponentti. Se on hiilivety ja siten luonteeltaan orgaaninen. Se on myös yksi hiiliperäisistä kaasuista, joilla on suuri merkitys kasvihuoneilmiössä. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston (EPA) mukaan 10 prosenttia kasvihuonekaasupäästöistä on peräisin metaanikaasun käytöstä. Kaasu on ilmaa kevyempää ja voi olla vain kaasumaisessa muodossa.

Se on fossiilisen polttoaineen muoto, jota esiintyy luonnostaan maanpinnan alla metaanigeenien anaerobisen hajoamisen lopputuotteena, jossa sitä esiintyy yhdessä muiden fossiilisten polttoaineiden, kuten kivihiilen ja öljyn, kanssa. Metaanikaasua voidaan tuottaa myös laboratoriossa kuumentamalla natriumetanoaatin ja kalkkisoodan seosta.

Hiilivetylaatunsa ja -määränsä vuoksi se on erittäin helposti syttyvä kaasu. Se palaa helposti ilmassa kalpealla, ei-valovoimaisella liekillä reagoimalla hapen kanssa, jolloin syntyy hiilidioksidia, vesihöyryä ja paljon lämpöä. Tässä artikkelissa pyritään valottamaan metaanikaasun lähteitä, käyttöä ja vaikutuksia.

Metaanikaasun lähteet

Fossiiliset polttoaineet

Fossiiliset polttoaineet ovat maailman ylivoimaisesti suurin energianlähde – niitä käytetään autojen moottoreiden, turbiinien ja muiden koneiden käyttämiseen. Fossiiliset polttoaineet saadaan hajonneesta orgaanisesta aineksesta, joka on hajonnut miljoonien vuosien aikana voimakkaan kuumuuden vaikutuksesta, mikä on johtanut aineen hajoamiseen polttoaineeksi.

Tuloksena fossiiliset polttoaineet koostuvat pääasiassa hiilestä, joka on merkittävä metaanikaasun lähde. Metaanikaasua esiintyy luonnostaan maanpinnan alla, ja koska se on kaasumaisessa muodossa, sitä ei ole helppo pyydystää tai ottaa talteen. Sitä syntyy muista hiilivedyistä nestemäisessä ja kiinteässä tilassa, kuten öljystä ja hiilestä.

Kosteikot

Tekokosteikot, kuten padot ja lammet, voivat vaikuttaa metaanikaasun esiintymiseen. Noin 30 % metaanipäästöistä syntyy kosteikoissa, mukaan lukien lammet, järvet ja joet. On tavallista, että tällaiset alueet on raivattu kasvillisuudesta, jotta ne voitiin ottaa käyttöön rakentamista varten. Sen jälkeen kuollut orgaaninen aines jatkaa hajoamistaan näiden rakenteiden pohjalla, mikä johtaa metaanikaasun tuotantoon vedessä.

Veden läsnäolo ja raikkaan ulkoilman puute nopeuttavat kuolleen orgaanisen aineksen mätänemisprosessia. Tämä hajoamisprosessi johtaa metaanikaasun muodostumiseen kosteikon pohjalla. Luonnossa esiintyvillä kosteikoilla on sama vaikutus.

Termiitit

Termiitit ovat merkittävä luonnollinen metaanin lähde. Jokainen termiitti tuottaa päivittäin pieniä määriä metaania. Mutta kun se kerrotaan maailman termiittipopulaatiolla, niiden päästöt summautuvat ja tuottavat yhteensä 23 miljoonaa tonnia metaania vuodessa.

Termiitin normaalin ruoansulatusprosessin aikana syntyy metaania. Termiitit syövät selluloosaa, mutta tukeutuvat suolistossaan oleviin mikro-organismeihin sen sulattamisessa. Nämä mikro-organismit tuottavat prosessin aikana metaania, joka on 12 % luonnollisista metaanipäästöistä.

Meret

Toinen merkittävä luonnollinen metaanin lähde ovat valtameret. Valtamerissä elävät metaania tuottavat mikrobit tuottavat näitä päästöjä. Tämä aiheuttaa 10 % luonnollisista metaanipäästöistä. Maailmanlaajuisesti valtameret tuottavat 19 miljoonaa tonnia metaania vuodessa.

Oseanien metaanipäästöt syntyvät usein tuottavien rannikkoalueiden syvemmissä sedimenttikerroksissa. Tämä muodostaa 75 % valtamerten metaanipäästöistä. Näiden mikrobien tuottama metaani sekoittuu ympäröivään veteen. Jonkin ajan kuluttua se vapautuu ilmakehään meren pinnalta.

Kompostointi

Yksi suositeltavimmista jätteiden hävittämistavoista on kompostointi, erityisesti orgaanisen jätteen osalta. Kompostoinnissa kerrostetaan erityyppisiä orgaanisia aineksia, jotta jäte voidaan kierrättää takaisin maahan turvallisella ja ystävällisellä tavalla.

Sen seurauksena kuolleen orgaanisen aineksen sekoittuminen johtaa metaanikaasun tuotantoon ilmakehään. Kompostoinnista vapautuu kuitenkin pieniä määriä kaasua verrattuna muihin kaasulähteisiin, joten se ei ole vaarallista.

Kotieläintuotanto

Kotieläintuotanto tuottaa 90 miljoonaa tonnia metaania vuodessa.Koska ihmiset kasvattavat märehtijöitä, kuten lehmiä, lampaita ja vuohia, ravinnoksi, näiden tuotantoeläinten suolistoperäinen käyminen tuottaa 27 % ihmisen metaanipäästöistä.

Normaalin ruoansulatusprosessin aikana nämä eläimet synnyttävät suuria määriä metaania. Suolistokäyminen tapahtuu näiden eläinten vatsassa olevien mikro-organismien vuoksi. Tällöin syntyy sivutuotteena metaania, jonka eläin joko hengittää ulos tai vapautuu ilmavaivojen kautta. Tämän vuoksi päivittäin syömällämme lihalla on valtava vaikutus metaanin kokonaispäästöihin.

eläinjäte

Kaikkeilla maapallolla on pyritty säästämään uusiutumattomilta energialähteiltä ja kannustettu karjankasvatusjärjestelmiä siirtymään biokaasun tuotantoon halvan ja kohtuuhintaisen energian tuottamiseksi. Kotieläintuotanto on johtanut tämän uusiutuvan energialähteen kasvuun, koska se tarjoaa kaikki laitoksen perustamiseen tarvittavat materiaalit. Tämä on lisännyt metaanin vapautumista ilmakehään eläinjätteen käymisen kautta.

Anaerobinen hajoaminen

Metaanikaasua syntyy, kun tapahtuu anaerobista bakteerien aiheuttamaa hajoamista. Tämä tarkoittaa, että orgaanisen aineksen hajoamisprosessi ei vaadi happea, vaan se vaatii bakteereille sopivan elinympäristön. Sitä esiintyy usein orgaanisen jätteen hajotessa kaatopaikoilla, kotitalouksista, kunnista ja teollisuudesta peräisin olevan jäteveden sisältämän orgaanisen aineksen hajotessa ja käsiteltäessä suuria määriä lantaa käyttämällä suuria jätteenkäsittelyjärjestelmiä ja tilasäiliöitä karjankasvatuksessa.

Jätehuolto

Jäteveden raakaviemärijätevedet puhdistetaan, jotta ne voidaan luokitella turvallisiksi päästettäviksi takaisin vesistöön. Käsittelyn aikana jäljelle jää lietettä, ja koska liete on usein yhdisteiden ja erityisesti orgaanisen aineksen seos, sopivat bakteerit tekevät siitä kotinsa ja auttavat hajoamisessa, mikä johtaa metaanikaasun tuotantoon.

Siilikaivostoiminta

Siili on tiheimmän fossiilisen polttoaineen muoto, jota louhitaan maan pinnalta, ja tämän vuoksi se on kiinteässä tilassa, ja se vie paljon tilaa, jolloin se sitoo alapuolella olevaa metaanikaasua. Kivihiilen louhinta johtaa metaanikaasun vapautumiseen ilmakehään, koska sitä ei ole helppo pidättää.

Riisipellot

Riisin kasvattamiseksi sitä viljellään pehmustetuilla pelloilla, jotka tulvivat vedellä. Liika vesi kuluttaa maaperässä olevan hapen ja johtaa myös maaperässä olevan orgaanisen aineksen hajoamiseen, mikä tarjoaa sopivan väliaineen metaanikaasun tuotannolle. Kaasu vapautuu diffuusion kautta ilmakehään. Paddy-riisipellot ovat suurimpia ympäristöön vapautuvan metaanikaasun lähteitä.

Puupolttoaineen polttaminen

Tulipuun ja puuhiilen käyttö on yleistä, koska se on halpa tapa tuottaa ruoanlaitto- ja lämmitysenergiaa. Kuitenkin aina kun puupolttoainetta käytetään, siitä vapautuu metaanikaasua ilmakehään. Myös metsäpalot vapauttavat kaasua ilmakehään.

Biomassan poltto

Biomassa on elävästä tai kuolleesta orgaanisesta aineesta peräisin olevaa materiaalia. Biomassan poltto aiheuttaa suuren määrän metaanipäästöjä. Ihmisten harjoittama laajamittainen avopoltto viljelysjätteiden hävittämiseksi ja maan raivaamiseksi maatalous- tai muuhun käyttöön aiheuttaa 11 % ihmisen metaanipäästöistä. Myös luonnolliset maastopalot voivat vaikuttaa tähän. Suurin osa biomassan poltosta on kuitenkin ihmisten aiheuttamaa. Biomassan polttaminen tuottaa 38 miljoonaa tonnia metaania vuodessa.

Biopolttoaineet

Biopolttoaineet tuottavat 12 miljoonaa tonnia metaania vuodessa. Biopolttoaineeksi lasketaan kaikki biomassa, jota käytetään energian tuottamiseen kotitalouskäyttöön tai muihin tarkoituksiin. Arviolta 80 prosenttia biopolttoaineista käytetään kotitalouksissa ruoanlaittoon, lämmitykseen ja valaistukseen polttamalla puuta, maatalousjätettä tai eläinten lantaa. Tämä on suurin yksittäinen biopolttoainepäästöjen aiheuttaja maailmassa.

Noin 2,7 miljardia ihmistä, lähes puolet maailman väestöstä, käyttää päivittäin kiinteitä biopolttoaineita ruoanlaittoon ja kotiensa lämmittämiseen. Suurin osa heistä on köyhiä ja asuu kehitysmaissa. Muita biopolttoaineiden lähteitä ovat matalan teknologian yritykset, kuten tiili- tai kaakeliuunit, ravintolat, kuljetusajoneuvot jne.

Kaatopaikat ja jätteet

Kaatopaikat ja jätteet tuottavat 55 miljoonaa tonnia metaania vuodessa. Kaatopaikat ja avoimet kaatopaikat ovat täynnä orgaanista ainesta, kuten ruokajätteitä, sanomalehtiä, leikattua ruohoa ja lehtiä. Kun jätämme jatkuvasti uutta jätettä vanhan jätteen päälle, jätteessä oleva orgaaninen aines jää loukkuun olosuhteisiin, joissa ei ole happea. Tämä tarjoaa erinomaiset olosuhteet metaania tuottaville mikrobeille hajottaa jätettä ja tuottaa suuria määriä metaanipäästöjä. Jopa sen jälkeen, kun kaatopaikka suljetaan, bakteerit jatkavat haudatun jätteen hajottamista ja jatkavat metaanipäästöjä vielä vuosien ajan.

Metaanikaasun käyttötarkoitukset

Käytetään ruoanlaitossa

Metaani on hiilivety ja ilmaa kevyempi. Siksi se tuottaa enemmän energiaa painoyksikköä kohden verrattuna öljyyn ja hiileen. Sitä käytetään myös mieluiten ruoanlaitossa, koska se ei haise eikä jätä nokea ruoanlaittovälineisiin.

Huoneistokäytöt

Metaanin muita käyttötarkoituksia ovat kotien lämmittäminen ja jäähdyttäminen. Jotkut kodit käyttävät metaanimaakaasua veden lämmittämiseen. Toinen yleinen käyttötapa kotona on maakaasutakka. Myös maakaasulla toimivia vaatteiden kuivausrumpuja on olemassa, mutta ne eivät ole kovin yleisiä.

Käyttö valaistukseen

Metaanikaasua voidaan valjastaa tuottamaan sähköä koteihin sekä toimistoihin ja teollisuuteen. Hajautetuksi tuotannoksi kutsutun prosessin avulla maakaasun sisältämästä metaanista voidaan tuottaa sähköä. Mikroturbiinit (lämpövoimakoneet) ja maakaasun polttokennot voivat tuottaa riittävästi sähköenergiaa.

Käytetään muiden yhdisteiden tuotannossa

Metaanikaasu on välttämätöntä metanolin (metyylialkoholin) muodostumiselle, joka on alkoholin keskeinen komponentti. Se on tärkeää myös eri teollisuudenaloilla käytettävän vedyn keinotekoisessa valmistuksessa.

Kloorivetyhappoa, joka on yksi yleisimmistä laboratorioissa käytettävistä hapoista, valmistetaan metaanikaasun avulla. Trikloorimetaani on toinen yhdiste, johon tarvitaan metaanikaasua. Se tunnetaan myös nimellä kloroformi, ja sitä käytetään laajalti sekä liuottimena että nukutusaineena.

Käytetään teollisuuskoneiden pyörittämiseen

Metaani on maakaasun muodossa tärkeä monille teollisuudenaloille. Se on yleinen kankaan, muovin, pakkasnesteen ja lannoitteiden ainesosa. Metaanikaasua käytetään tehtaiden moottoreiden ja turbiinien pyörittämiseen tai käyttövoimana. Sellu- ja paperiteollisuus, elintarviketeollisuus, öljynjalostamot ja yritykset, jotka käsittelevät kiveä, savea ja lasia, käyttävät siitä vapautuvaa energiaa. Metaanipohjainen poltto auttaa yrityksiä kuivaamaan, kuivattamaan, sulattamaan ja hygienisoimaan tuotteitaan. Sitä käytetään myös energian tuottamiseen valaistustarkoituksiin.

Käytetään hiilimustan tuottamiseen

Metaanikaasua voidaan polttaa epätäydellisesti, mikä johtaa epätavallisiin hiilikerrostumiin. Näitä saostumia kutsutaan hiilimustaksi, ja niitä käytetään vahvistamaan kumia, jota käytetään ajoneuvojen renkaiden valmistuksessa. Samaa hiilimustaa käytetään maalien ja painovärien valmistukseen.

Se on lannoitteiden ainesosa

Metaanikaasusta valmistetaan vetyä lisäämällä ammoniakkia, joka on tärkeä yhdiste lannoitteiden valmistuksessa.

Käytetään rakettipolttoaineena

Metaanikaasun kaasumainen olomuoto johtaa vähäisempiin hiilijäämiin, kun sitä poltetaan, mikä tekee siitä ihanteellisen rakettipolttoaineen. Se ei myöskään jätä jäämiä. Muut polttoaineet, kuten petroli, päästävät paljon hiiltä, mikä tekee raketin polttokammiosta viallisen.

Metaanikaasun vaikutukset ympäristöömme

Räjähdykset

Metaanin ja ilman seos on luonteeltaan hyvin räjähtävää. Noin 20 % ilmasta on happea, ja se muuttuu erittäin reaktiiviseksi joutuessaan kosketuksiin metaanin kanssa. Erityisesti hiilikaivoksissa on sattunut räjähdyksiä, joissa kaivokset ovat romahtaneet pelkästään kaivoksessa olevan metaanikaasun ja ilmassa olevan hapen välisen reaktion vuoksi.

Räjähdyksiä on nähty myös kaatopaikoilla, joissa orgaanista jätettä on tiivistetty ja metaanikaasua vapautuu suuria määriä. On raportoitu spontaaneista reaktioista kaatopaikkaa ympäröivän ilman kanssa, jotka voivat johtaa tulipalon syttymiseen.

Kasvihuoneilmiö

Metaanikaasusta ei sinänsä ole haittaa ympäristölle tai elämälle. Kuitenkin kaasun lisääntynyt pitoisuus yhdistettynä hiilidioksidin ja vesihöyryn läsnäoloon aiheuttaa ilmakehässä massiivista lämmön imeytymistä ja sitomista, mikä on ympäristölle haitallista. Tulosta kutsutaan ilmastonmuutokseen ja ilmaston lämpenemiseen liittyväksi kasvihuonekaasuvaikutukseksi.

Palovammat

Erittäin kylmässä muodossaan metaanikaasu voi aiheuttaa palovammoja joutuessaan kosketuksiin ihon ja silmien kanssa.

Tukehtuminen

Korkeissa pitoisuuksissa ja suljetuissa tiloissa kaasu voi reagoida kaiken läsnä olevan hapen kanssa ja vapauttaa alueen kaikesta hapesta, mikä johtaa tukehtumiseen.

Sairaus

Moottoreista vapautuu metaanikaasun palamisesta johtuvia hiilivetyjä ja höyryjä, jotka voivat olla vaarallisia, kun ne joutuvat elimistöön. Toisaalta altistuminen suurille metaanipitoisuuksille voi aiheuttaa päänsärkyä, oksentelua, pahoinvointia ja tajunnan menetystä.

Ilmastonmuutos

Hiilidioksidin jälkeen metaani on NASA:n mukaan vastuussa noin 23 prosentista 1900-luvun ilmastonmuutoksesta. Ilmakehään ennen polttoa vapautuva metaani on ympäristölle haitallista. Verrattuna muihin kasvihuonekaasuihin metaanin elinikä ilmakehässä on suhteellisen lyhyt, mutta se sitoo lämpöä tehokkaammin kuin muut kaasut. Koska metaani pystyy sitomaan lämpöä ilmakehään, se edistää ilmastonmuutosta.

• Tekijä
• Uudemmat viestit

Todellinen ympäristönsuojelija sydämeltään ❤️. Perustanut Conserve Energy Future -yrityksen, jonka ainoana mottona on tarjota hyödyllistä tietoa liittyen nopeasti köyhtyvään ympäristöömme. Ellet usko vahvasti Elon Muskin ajatukseen Marsin tekemisestä toiseksi asuttavaksi planeetaksi, muista, että koko maailmankaikkeudessa ei todellakaan ole ”planeetta B:tä”.

Viimeisimmät viestit: Rinkesh (katso kaikki)

• Ovatko golfinpallot kierrätettävissä? (And Are They Biodegradable?) – March 2, 2021
• Are Chopsticks Recyclable? (Ja ovatko ne kompostoituvia tai biohajoavia) – 2. maaliskuuta 2021
• Onko selloteippi kierrätettävissä? (Ja ovatko ne kompostoituvia vai biohajoavia?) – 2. maaliskuuta 2021