Wat is methaangas?

Methaan (CH4) is een kleurloos, reukloos gas dat gewoonlijk als brandstof wordt gebruikt – het hoofdbestanddeel van aardgas. Het is een koolwaterstof en dus organisch van aard. Het is ook een van de koolstofhoudende gassen die een belangrijke rol spelen in het broeikaseffect. Volgens het U.S. Environmental Protection Agency (EPA) is 10 procent van de broeikasgasemissies afkomstig van het gebruik van methaangas. Het gas is lichter dan lucht en kan alleen in gasvorm voorkomen.

Het is een vorm van fossiele brandstof die van nature onder het aardoppervlak voorkomt als eindproduct van anaërobe afbraak door methanogenen, waar het wordt aangetroffen samen met andere fossiele brandstoffen zoals steenkool en olie. Methaangas kan ook in een laboratorium worden geproduceerd door een mengsel van natriumethanoaat en sodalime te verhitten.

Door de koolwaterstofkwaliteit en -hoeveelheid is het een zeer ontvlambaar gas. Het brandt gemakkelijk in de lucht met een bleke, niet-oplichtende vlam door een reactie met zuurstof waarbij kooldioxide, waterdamp en veel warmte vrijkomen. In dit artikel worden de bronnen, toepassingen en effecten van methaangas belicht.

Bronnen van methaangas

Fossiele brandstoffen

Fossiele brandstoffen zijn verreweg de grootste energiebron ter wereld – ze worden gebruikt om motoren in auto’s, turbines en andere machines aan te drijven. Fossiele brandstoffen worden gewonnen uit verrot organisch materiaal dat in de loop van miljoenen jaren onder intense hitte is vergaan, waardoor de materie uiteenvalt tot brandstof.

Hierdoor bestaat het voornamelijk uit koolstof, een belangrijke bron van methaangas. Methaangas komt van nature voor onder het aardoppervlak, en omdat het in gasvorm is, is het niet gemakkelijk op te vangen of te winnen. Het wordt gegenereerd uit de andere koolwaterstoffen in vloeibare en vaste toestand, zoals respectievelijk aardolie en steenkool.

Wetlands

Kunstmatige wetlands zoals dammen en vijvers kunnen de aanwezigheid van methaangas beïnvloeden. Ongeveer 30% van de methaanuitstoot wordt geproduceerd door wetlands, waaronder vijvers, meren en rivieren. Het komt vaak voor dat dergelijke gebieden van vegetatie werden ontdaan om ze te hergebruiken voor de bouw. Daarna blijft het dode organische materiaal ontbinden aan de basis van deze structuren, wat leidt tot de productie van methaangas in het water.

De aanwezigheid van water en het gebrek aan frisse buitenlucht versnelt het proces van verrotting van het dode organische materiaal. Dit ontbindingsproces leidt tot de vorming van methaangas op de bodem van het moerasland. Natuurlijk voorkomende wetlands hebben hetzelfde effect.

Termieten

Termieten zijn een belangrijke natuurlijke bron van methaan. Elke termiet produceert dagelijks kleine hoeveelheden methaan. Maar wanneer dit vermenigvuldigd wordt met de wereldbevolking van termieten, komt hun uitstoot op een totaal van 23 miljoen ton methaan per jaar.

Tijdens het normale verteringsproces van een termiet, wordt methaan geproduceerd. Termieten eten cellulose, maar vertrouwen op micro-organismen in hun darmen om deze te verteren. Deze micro-organismen produceren methaan tijdens dit proces, dat 12% van de natuurlijke methaanuitstoot uitmaakt.

Oceanen

Een andere belangrijke natuurlijke bron van methaan zijn de oceanen. Methaanproducerende microben die in de oceaan leven, veroorzaken deze emissies. Dit zorgt voor 10% van de natuurlijke methaanuitstoot. Wereldwijd creëren oceanen 19 miljoen ton methaan per jaar.

Oceanische methaanemissies worden vaak geproduceerd in diepere sedimentlagen van productieve kustgebieden. Dit is goed voor 75% van de methaanemissies van de oceaan. Het door deze microben geproduceerde methaan vermengt zich met het omringende water. Na verloop van tijd wordt het vanaf het oceaanoppervlak in de atmosfeer uitgestoten.

Compostering

Een van de meest aanbevolen manieren van afvalverwijdering is compostering, vooral voor organisch afval. Bij compostering worden verschillende soorten organisch materiaal in lagen op elkaar gelegd om het afval op een veilige en vriendelijke manier terug te voeren naar de aarde.

Het mengsel van dood organisch materiaal leidt vervolgens tot de productie van methaangas in de atmosfeer. Bij compostering komen echter kleine hoeveelheden van het gas vrij in vergelijking met andere gasbronnen en het vormt dus geen gevaar.

Veehouderij

Veehouderij veroorzaakt 90 miljoen ton methaan per jaar.Aangezien mensen herkauwers zoals koeien, schapen en geiten houden voor voedsel, zorgt de darmfermentatie bij deze landbouwdieren voor 27% van de methaanuitstoot bij de mens.

Tijdens hun normale verteringsproces creëren ze grote hoeveelheden methaan. Darmfermentatie ontstaat door micro-organismen in de maag van deze dieren. Hierdoor ontstaat methaan als bijproduct dat door het dier wordt uitgeademd of via flatus vrijkomt. Daarom heeft het vlees dat we dagelijks eten een enorme impact op de totale methaanuitstoot.

Dierlijk afval

In een poging om te besparen op niet-hernieuwbare energiebronnen, heeft de wereld de veeteelt aangemoedigd om biogas te gaan produceren om goedkope en betaalbare energie te leveren. De veeteelt heeft geleid tot de groei van deze hernieuwbare energiebron, aangezien zij alle materialen levert die nodig zijn voor het opzetten van de installatie. Door de vergisting van dierlijk afval is er meer methaan in de atmosfeer vrijgekomen.

Anaërobe afbraak

Methaangas wordt geproduceerd wanneer er sprake is van anaërobe bacteriële afbraak. Dit betekent dat voor het afbraakproces van organisch materiaal geen zuurstof nodig is, maar wel geschikte media waarin de bacteriën kunnen gedijen. Het komt vaak voor bij de ontbinding van organisch afval op stortplaatsen, bij de ontbinding van organisch materiaal in afvalwater uit huishoudelijke, gemeentelijke en industriële bronnen en bij het beheer van grote hoeveelheden mest met behulp van grote afvalverwerkingssystemen en opslagtanks in de veehouderij.

Afvalbeheer

Ruw afvalwater wordt behandeld om veilig te worden geacht voor terugvoer in de waterwegen. Tijdens de behandeling blijft slib achter als residu, en aangezien het slib vaak een mengsel is van verbindingen, vooral organisch materiaal, maken geschikte bacteriën dit hun thuis en helpen bij de afbraak, wat leidt tot de productie van methaangas.

Kolenwinning

Kolen zijn de dichtste vorm van fossiele brandstoffen die aan het aardoppervlak worden gewonnen, en daarom zijn ze vast van vorm en nemen ze veel ruimte in, waardoor methaangas eronder wordt opgesloten. De winning van steenkool leidt ertoe dat methaangas vrijkomt in de atmosfeer, omdat het niet gemakkelijk kan worden afgevangen.

Rijstvelden

Om rijst te laten groeien, wordt deze geteeld op gepolsterde velden, die met water worden overstroomd. Te veel water onttrekt de in de bodem aanwezige zuurstof en leidt ook tot de afbraak van aanwezige organische materialen, waardoor een geschikt medium ontstaat voor de productie van methaangas. Het gas komt door diffusie in de atmosfeer terecht. Paddy-rijstvelden behoren tot de grootste bronnen van methaangas dat in het milieu vrijkomt.

Verbranding van houtbrandstof

Het gebruik van brandhout en houtskool is gebruikelijk omdat het een goedkope manier is om energie voor koken en verwarming op te wekken. Maar telkens wanneer houtbrandstof wordt gebruikt, komt er methaangas in de atmosfeer. Ook bij bosbranden komt dit gas in de atmosfeer.

Biomassaverbranding

Biomassa is materiaal van levend of dood organisch materiaal. Verbranding van biomassa veroorzaakt een grote hoeveelheid methaanemissies. Grootschalige open branden door mensen om gewasafval te vernietigen en land vrij te maken voor landbouw- of ander gebruik veroorzaken 11% van de methaanuitstoot door de mens. Natuurlijke natuurbranden kunnen hiertoe bijdragen. Maar het overgrote deel van de verbranding van biomassa wordt door de mens veroorzaakt. Verbranding van biomassa veroorzaakt 38 miljoen ton methaan per jaar.

Biobrandstoffen

Biobrandstoffen produceren 12 miljoen ton methaan per jaar. Alle biomassa die wordt gebruikt om energie voor huishoudelijk gebruik of voor doeleinden te produceren, telt als biobrandstof. Naar schatting 80% van de biobrandstoffen wordt gebruikt voor huishoudelijk koken, verwarming en verlichting door verbranding van hout, landbouwafval of dierlijke mest. Dit is de grootste bijdrage aan de wereldwijde uitstoot van biobrandstoffen.

Omstreeks 2,7 miljard mensen, bijna de helft van de wereldbevolking, gebruiken dagelijks vaste biobrandstoffen om te koken en hun huizen te verwarmen. De meesten zijn arm en leven in ontwikkelingslanden. De andere bronnen van biobrandstoffen zijn low-tech bedrijven zoals steen- of dakpannenovens, restaurants, transportvoertuigen enz.

Stortplaatsen en afval

Stortplaatsen en afval produceren 55 miljoen ton methaan per jaar. Stortplaatsen en open vuilnisbelten zitten vol organisch materiaal, zoals etensresten, kranten, gemaaid gras en bladeren. Omdat we steeds nieuw afval over het oude heen dumpen, komt het organisch materiaal in ons afval vast te zitten in omstandigheden waar geen zuurstof is. Dit biedt uitstekende omstandigheden voor methaanproducerende microben om het afval af te breken, waardoor grote hoeveelheden methaan vrijkomen. Zelfs nadat een stortplaats is gesloten, zullen bacteriën het begraven afval blijven afbreken en jarenlang methaan blijven uitstoten.

Toepassingen van methaangas

Gebruikt bij koken

Methaan is een koolwaterstof en lichter dan lucht. Daarom produceert het meer energie per gewichtseenheid in vergelijking met olie en steenkool. Het heeft ook de voorkeur bij het koken omdat het niet stinkt en geen roet achterlaat op het kookgerei.

Residentieel gebruik

Andere toepassingen van methaan zijn het verwarmen en koelen van huizen. Sommige huizen gebruiken methaan als aardgas om hun water te verwarmen. Een ander veel voorkomend gebruik in huis is een open haard op aardgas. Er zijn ook aardgasdrogers voor kleding, maar die komen niet zo vaak voor.

Gebruikt voor verlichting

Methaangas kan worden benut om elektriciteit op te wekken, zowel voor woningen als voor kantoren en industrieën. Via een proces dat gedistribueerde opwekking wordt genoemd, kan het methaan in aardgas elektriciteit opwekken. Microturbines (warmtemotoren) en brandstofcellen op aardgas kunnen voldoende elektrische energie produceren.

Gebruikt bij de productie van andere verbindingen

Methaangas is essentieel voor de vorming van methanol (methylalcohol), dat een belangrijk bestanddeel is van alcohol. Het is ook belangrijk bij de kunstmatige vervaardiging van waterstof voor gebruik in diverse industrieën.

Hydrochloorzuur, een van de meest gebruikte zuren in laboratoria, wordt vervaardigd met methaangas als ingrediënt. Trichloormethaan is een andere verbinding waarvoor methaangas nodig is. Ook bekend als chloroform, wordt het veel gebruikt als oplosmiddel en als verdovingsmiddel.

Gebruikt om industriële machines te laten draaien

Methaan, als vorm van aardgas, is belangrijk voor een verscheidenheid van industrieën. Het is een veelgebruikt ingrediënt voor stof, plastic, antivries en kunstmest. Methaangas wordt gebruikt om motoren en turbines in fabrieken te laten draaien of aan te drijven. Industrieën zoals pulp en papier, voedselverwerkers, aardolieraffinaderijen en bedrijven die met steen, klei en glas werken, gebruiken de energie die vrijkomt. Verbranding op basis van methaan helpt bedrijven bij het drogen, ontvochtigen, smelten en ontsmetten van hun producten. Het wordt ook gebruikt om energie te leveren voor verlichtingsdoeleinden.

Gebruikt om roet te produceren

Methaangas kan onvolledig worden verbrand, wat leidt tot ongewone koolstofafzettingen. Deze afzettingen staan bekend als roet en worden gebruikt om rubber te versterken dat wordt gebruikt om autobanden te maken. Ditzelfde roet wordt gebruikt om verf en drukinkt te maken.

Het is een meststofingrediënt

Met de toevoeging van waterstof wordt methaangas gebruikt om ammoniak te maken, een belangrijke verbinding bij de fabricage van meststoffen.

Gebruikt als raketbrandstof

Het is in gasvormige toestand en geeft bij verbranding minder koolstofafzetting, waardoor het ideaal is als raketbrandstof. Het laat ook geen residu achter. Andere vormen van brandstof, zoals kerosine, geven veel koolstof af, waardoor de verbrandingskamer van de raket defect raakt.

Effecten van methaangas op ons milieu

Explosies

Een mengsel van methaan en lucht is zeer explosief van aard. Ongeveer 20% van de lucht bestaat uit zuurstof, en die wordt zeer reactief wanneer hij in contact komt met methaan. Er zijn gevallen geweest van explosies, vooral in kolenmijnen, waarbij de mijnen instortten louter als gevolg van de reactie tussen het methaangas in de mijn en de zuurstof in de lucht.

Explosies zijn ook waargenomen op stortplaatsen waar organisch afval was samengeperst, en methaangas in grote hoeveelheden vrijkwam. Er is melding gemaakt van spontane reacties met de lucht rond de stortplaats die tot het uitbreken van brand kunnen leiden.

Kaseffect

Op zichzelf is methaangas niet schadelijk voor het milieu of voor het leven. Bij een verhoogde concentratie van dit gas in combinatie met de aanwezigheid van kooldioxide en waterdamp ontstaat er echter een massale absorptie en vastlegging van warmte in de atmosfeer, die schadelijk is voor het milieu. Het resultaat wordt het broeikaseffect genoemd, dat verband houdt met de klimaatverandering en de opwarming van de aarde.

Verbrandingen

In zijn extreem koude vorm kan methaangas brandwonden veroorzaken wanneer het in contact komt met de huid en de ogen.

Ommoord

In hoge concentraties en afgesloten ruimten kan het gas reageren met alle aanwezige zuurstof en de ruimte ontdoen van alle zuurstof, wat leidt tot verstikking.

Illness

Motoren stoten koolwaterstoffen en dampen uit als gevolg van de verbranding van methaangas, die gevaarlijk kunnen zijn zodra ze in het lichaam worden ingeademd. Anderzijds kan blootstelling aan hoge concentraties methaan leiden tot hoofdpijn, braken, misselijkheid en bewustzijnsverlies.

Klimaatverandering

Na kooldioxide is methaan verantwoordelijk voor ongeveer 23% van de klimaatverandering in de twintigste eeuw, volgens NASA. Methaan dat in de atmosfeer vrijkomt voordat het wordt verbrand, is schadelijk voor het milieu. In vergelijking met andere broeikasgassen is de levensduur van methaan in de atmosfeer relatief kort, maar het is efficiënter in het vasthouden van warmte dan die andere gassen. Omdat het in staat is warmte in de atmosfeer vast te houden, draagt methaan bij tot de klimaatverandering.

• Auteur
• Recent Posts

Een echte milieuactivist in hart en nieren ❤️. Opgezet Conserve Energy Future met als enige motto het verstrekken van nuttige informatie met betrekking tot onze snel uitputtende milieu. Tenzij je sterk gelooft in Elon Musk’s idee om Mars als een andere bewoonbare planeet te maken, onthoud dan dat er echt geen ‘Planeet B’ is in dit hele universum.

Laatste berichten van Rinkesh (zie alle)

• Zijn Golfballen Recyclebaar? (En zijn ze biologisch afbreekbaar?) – 2 maart, 2021
• Zijn eetstokjes recyclebaar? (En zijn ze composteerbaar of biologisch afbreekbaar) – 2 maart 2021
• Is Sellotape recyclebaar? (En is het composteerbaar of biologisch afbreekbaar?) – 2 maart 2021