Źródła, zastosowania i wpływ gazu metanowego na nasze środowisko

Metan (CH4) jest bezbarwnym, bezwonnym gazem powszechnie stosowanym jako paliwo – główny składnik gazu ziemnego. Jest węglowodorem, a więc ma charakter organiczny. Jest również jednym z gazów pochodzących z węgla, które odgrywają istotną rolę w efekcie cieplarnianym. Jak twierdzi Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA), 10 procent emisji gazów cieplarnianych pochodzi z wykorzystania metanu. Gaz ten jest lżejszy od powietrza i może występować tylko w postaci gazowej.

Jest to forma paliwa kopalnego, które występuje naturalnie pod powierzchnią ziemi jako produkt końcowy rozkładu beztlenowego przez metanogeny, gdzie znajduje się wraz z innymi paliwami kopalnymi, takimi jak węgiel i ropa naftowa. Gaz metanowy może być również wytwarzany w laboratorium poprzez ogrzewanie mieszaniny etanianu sodu i wapna sodowego.

Dzięki swojej węglowodorowej jakości i ilości, jest bardzo łatwopalnym gazem. Łatwo spala się w powietrzu z bladym, nieświecącym płomieniem, reagując z tlenem i wydzielając dwutlenek węgla, parę wodną i dużo ciepła. Ten artykuł ma na celu podkreślenie źródeł, zastosowań i skutków gazu metanowego.

Źródła gazu metanowego

Paliwa kopalne

Paliwa kopalne są zdecydowanie największym źródłem energii na świecie – używane do napędzania silników w samochodach, turbin i innych maszyn. Paliwa kopalne są wydobywane z rozłożonej materii organicznej, która rozkładała się przez miliony lat pod wpływem intensywnego ciepła prowadzącego do rozpadu materii na paliwo.

W rezultacie składa się głównie z węgla, będącego głównym źródłem gazu metanowego. Metan występuje naturalnie pod powierzchnią ziemi, a ponieważ jest w postaci gazowej, nie jest łatwy do wychwycenia lub wydobycia. Powstaje on z innych węglowodorów w stanie ciekłym i stałym, takich jak odpowiednio ropa naftowa i węgiel.

Wilgotne tereny

Sztuczne tereny podmokłe, takie jak tamy i stawy, mogą wpływać na obecność gazu metanowego. Około 30% emisji metanu jest wytwarzane przez tereny podmokłe, w tym stawy, jeziora i rzeki. Często zdarza się, że takie tereny zostały oczyszczone z roślinności, aby zrekultywować je pod budowę. Po, martwa materia organiczna nadal rozkłada się na podstawie tych struktur, co prowadzi do produkcji gazu metanowego w wodzie.

Obecność wody i brak świeżego powietrza przyspiesza proces gnicia martwej materii organicznej. Ten proces rozkładu prowadzi do powstawania metanu na dnie mokradeł. Naturalnie występujące tereny podmokłe mają ten sam efekt.

Termity

Termity są znaczącym naturalnym źródłem metanu. Każdy termit produkuje niewielkie ilości metanu na co dzień. Ale kiedy pomnoży się to przez światową populację termitów, ich emisje sumują się, tworząc w sumie 23 miliony ton metanu rocznie.

Podczas normalnego procesu trawienia termitów, metan zostaje wyprodukowany. Termity jedzą celulozę, ale polegają na mikroorganizmach w swoich jelitach, aby ją strawić. Mikroorganizmy te produkują metan podczas tego procesu, co stanowi 12% naturalnych emisji metanu.

Oceany

Innym znaczącym naturalnym źródłem metanu są oceany. Metan produkujący mikroby żyjące w oceanie tworzą te emisje. W ten sposób powstaje 10% naturalnych emisji metanu. Globalnie, oceany tworzą 19 milionów ton metanu rocznie.

Oceaniczne emisje metanu często są produkowane w głębszych warstwach osadów produktywnych obszarów przybrzeżnych. Stanowi to 75% emisji metanu w oceanie. Metan tworzony przez te mikroby miesza się z otaczającą wodą. Po pewnym czasie zostaje wyemitowany do atmosfery z powierzchni oceanu.

Kompostowanie

Jednym z najbardziej zalecanych sposobów usuwania odpadów jest kompostowanie, zwłaszcza w przypadku odpadów organicznych. Kompostowanie obejmuje układanie warstw różnych rodzajów materii organicznej w celu recyklingu odpadów z powrotem do ziemi w sposób bezpieczny i przyjazny.

W konsekwencji, mieszanina martwej materii organicznej prowadzi do produkcji metanu do atmosfery. Jednak kompostowanie uwalnia niewielkie ilości tego gazu w porównaniu z innymi źródłami gazu i dlatego nie stanowi zagrożenia.

Hodowla zwierząt

Hodowla zwierząt gospodarskich wytwarza 90 milionów ton metanu rocznie.Ponieważ ludzie hodują zwierzęta przeżuwające, takie jak krowy, owce i kozy w celach spożywczych, fermentacja jelitowa w tych zwierzętach gospodarskich wytwarza 27% ludzkich emisji metanu.

Podczas normalnego procesu trawienia zwierzęta te wytwarzają duże ilości metanu. Fermentacja jelitowa zachodzi z powodu mikroorganizmów w żołądku tych zwierząt. W ten sposób powstaje metan jako produkt uboczny, który jest albo wydychany przez zwierzę, albo uwalniany poprzez kał. Dlatego mięso, które jemy każdego dnia ma ogromny wpływ na całkowitą emisję metanu.

Odpady zwierzęce

W celu zaoszczędzenia nieodnawialnych źródeł energii, świat zachęcił systemy produkcji zwierzęcej do podjęcia praktyki produkcji biogazu w celu zapewnienia taniej i przystępnej energii. Produkcja zwierzęca przyczyniła się do rozwoju tego odnawialnego źródła energii, ponieważ dostarcza ona wszystkich materiałów niezbędnych do budowy instalacji. To spowodowało zwiększenie uwalniania metanu do atmosfery poprzez fermentację odpadów zwierzęcych.

Rozkład beztlenowy

Gaz metanowy jest produkowany, gdy zachodzi beztlenowy rozkład bakterii. Oznacza to, że proces rozkładu materii organicznej nie wymaga tlenu, a raczej wymaga odpowiedniego podłoża, w którym bakterie mogą się rozwijać. Często występuje podczas rozkładu odpadów organicznych na wysypiskach śmieci, rozkładu materii organicznej w ściekach pochodzących ze źródeł domowych, komunalnych i przemysłowych oraz podczas zarządzania dużymi ilościami nawozu naturalnego przy użyciu dużych systemów utylizacji odpadów i zbiorników w hodowli zwierząt.

Gospodarka odpadami

Ścieki surowe są oczyszczane, aby można je było uznać za bezpieczne do wypuszczenia z powrotem do dróg wodnych. Podczas oczyszczania, osad pozostaje jako pozostałość, a ponieważ osad jest często mieszaniną związków chemicznych, zwłaszcza materii organicznej, odpowiednie bakterie czynią z niego swój dom i pomagają w rozkładzie prowadzącym do produkcji gazu metanowego.

Górnictwo węgla

Węgiel jest najgęstszą formą paliwa kopalnego wydobywanego z powierzchni ziemi, i z tego powodu jest w stanie stałym i zajmuje dużo miejsca, tym samym zatrzymując gaz metanowy poniżej. Wydobycie węgla prowadzi do uwolnienia metanu do atmosfery, ponieważ nie jest on łatwo wychwytywany.

Pola ryżowe

Aby ryż mógł rosnąć, uprawia się go na wyściełanych polach, które są zalewane wodą. Zbyt duża ilość wody pozbawia glebę tlenu, a także prowadzi do rozkładu obecnych w niej materiałów organicznych, co stanowi odpowiednie środowisko do produkcji metanu. Gaz ten jest uwalniany poprzez dyfuzję do atmosfery. Paddy rice fields are among the biggest sources of methane gas released into the environment.

Burning of wood fuel

The use of firewood and charcoal is common because it is a cheap way of generating cooking and heating energy. Jednak za każdym razem, gdy używane jest paliwo drzewne, uwalnia ono metan do atmosfery. Pożary lasów również uwalniają ten gaz do atmosfery.

Spalanie biomasy

Biomasa to materiał pochodzący z żywej lub martwej materii organicznej. Spalanie biomasy powoduje dużą ilość emisji metanu. Otwarte pożary na dużą skalę prowadzone przez ludzi w celu zniszczenia odpadów roślinnych i oczyszczenia terenu do celów rolniczych lub innych powodują 11% ludzkich emisji metanu. Mogą się do tego przyczynić naturalne dzikie pożary. Jednak zdecydowana większość spalania biomasy powodowana jest przez człowieka. Spalanie biomasy wytwarza 38 milionów ton metanu rocznie.

Bio-paliwa

Bio-paliwa wytwarzają 12 milionów ton metanu każdego roku. Każda biomasa wykorzystywana do produkcji energii na potrzeby gospodarstwa domowego lub do innych celów liczy się jako biopaliwo. Szacuje się, że 80% biopaliw jest wykorzystywanych do domowego gotowania, ogrzewania i oświetlenia poprzez spalanie drewna, odpadów rolniczych lub obornika zwierzęcego. This is the single largest contributor to global biofuel emissions.

About 2.7 billion people, almost half of the world’s population, use solid biofuels for cooking and heating their homes on a daily basis. Większość z nich jest uboga i mieszka w krajach rozwijających się. Pozostałe źródła biopaliw to przedsiębiorstwa o niskiej technologii, takie jak piece do wyrobu cegieł lub dachówek, restauracje, pojazdy transportowe itp.

Składowiska i odpady

Składowiska i odpady produkują 55 mln ton metanu rocznie. Składowiska i otwarte wysypiska śmieci są pełne materii organicznej, takiej jak resztki jedzenia, gazety, skoszona trawa i liście. Ponieważ wciąż wyrzucamy nowe śmieci na stare, materia organiczna w naszych śmieciach zostaje uwięziona w warunkach, w których nie ma tlenu. Stwarza to doskonałe warunki dla mikroorganizmów wytwarzających metan, które rozkładają odpady, produkując duże ilości metanu. Nawet po zamknięciu wysypiska, bakterie będą nadal rozkładać zakopane odpady i emitować metan przez lata.

Usługi gazu metanowego

Używany w gotowaniu

Metan jest węglowodorem i jest lżejszy od powietrza. Dlatego produkuje więcej energii na jednostkę wagi w porównaniu do ropy i węgla. Jest on również preferowany do gotowania, ponieważ nie ma zapachu i nie pozostawia sadzy na naczyniach kuchennych.

Użytki mieszkaniowe

Inne zastosowania metanu są do ogrzewania i chłodzenia domów. Niektóre domy używają gazu ziemnego metanu do ogrzewania wody. Innym powszechnym zastosowaniem w domu jest kominek na gaz ziemny. Istnieją również suszarki do ubrań na gaz ziemny, ale nie są one zbyt powszechne.

Używane do oświetlenia

Gaz ziemny metanowy może być wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej dla domów, jak również biur i przemysłu. Dzięki procesowi zwanemu generacją rozproszoną, metan zawarty w gazie ziemnym może wytwarzać energię elektryczną. Mikroturbiny (silniki cieplne) i ogniwa paliwowe na gaz ziemny mogą wyprodukować wystarczającą ilość energii elektrycznej.

Używany w produkcji innych związków

Gaz metanowy jest niezbędny do tworzenia metanolu (alkoholu metylowego), który jest kluczowym składnikiem alkoholu. Jest on również ważny w sztucznej produkcji wodoru, który jest wykorzystywany w różnych gałęziach przemysłu.

Kwas chlorowodorowy, jeden z najbardziej powszechnych kwasów używanych w laboratoriach, jest produkowany z wykorzystaniem gazu metanowego jako składnika. Trichlorometan jest kolejnym związkiem, który wymaga gazu metanowego. Znany również jako chloroform, jest szeroko stosowany zarówno jako rozpuszczalnik, jak i środek znieczulający.

Używany do napędzania maszyn przemysłowych

Metan, jako forma gazu ziemnego, jest ważny dla wielu gałęzi przemysłu. Jest on powszechnym składnikiem tkanin, tworzyw sztucznych, środków przeciw zamarzaniu i nawozów. Gaz metanowy jest używany do zasilania silników i turbin w fabrykach. Takie gałęzie przemysłu jak przemysł celulozowo-papierniczy, przetwórstwo żywności, rafinerie ropy naftowej oraz firmy zajmujące się obróbką kamienia, gliny i szkła, wykorzystują energię, którą uwalnia. Spalanie oparte na metanie pomaga firmom osuszać, odwilżać, topić i sanityzować ich produkty. Jest również wykorzystywany do dostarczania energii do celów oświetleniowych.

Używany do produkcji sadzy

Gaz metanowy może być spalany niekompletnie, prowadząc do niezwykłych osadów węglowych. Złoża te są znane jako sadza i są wykorzystywane do wzmacniania gumy, która jest używana do produkcji opon samochodowych. Ta sama sadza jest wykorzystywana do produkcji farb i tuszu drukarskiego.

Jest składnikiem nawozów

Z dodatkiem wodoru gaz metanowy jest wykorzystywany do produkcji amoniaku, który jest kluczowym związkiem w produkcji nawozów.

Używany jako paliwo rakietowe

Jego stan gazowy przekłada się na mniejszą ilość osadów węglowych podczas spalania, co czyni go idealnym paliwem rakietowym. Nie pozostawia również żadnych pozostałości. Inne formy paliwa, takie jak nafta, emitują dużo węgla, co sprawia, że komora spalania rakiety jest wadliwa.

Wpływ gazu metanowego na nasze środowisko

Wybuchy

Mieszanina metanu i powietrza jest bardzo wybuchowa w przyrodzie. Około 20% powietrza stanowi tlen, który staje się bardzo reaktywny, gdy wchodzi w kontakt z metanem. Zdarzały się przypadki eksplozji, zwłaszcza w kopalniach węgla, gdzie kopalnie zawalają się tylko z powodu reakcji między metanem w kopalni a tlenem w powietrzu.

Wybuchy były również świadkami na wysypiskach śmieci, gdzie odpady organiczne zostały zagęszczone, a metan jest uwalniany w dużych ilościach. Odnotowano spontaniczną reakcję z powietrzem wokół składowiska, która może prowadzić do wybuchu pożaru.

Efekt cieplarniany

Sam w sobie gaz metanowy nie jest szkodliwy dla środowiska ani dla życia. Niemniej jednak, w zwiększonym stężeniu gazu w połączeniu z obecnością dwutlenku węgla i pary wodnej, jest masywna absorpcja i zatrzymywanie ciepła w atmosferze, która jest szkodliwa dla środowiska. Wynik ten określany jest jako efekt cieplarniany związany ze zmianami klimatycznymi i globalnym ociepleniem.

Oparzenia

W swojej niezwykle zimnej postaci, gaz metanowy może powodować oparzenia, gdy wejdzie w kontakt ze skórą i oczami.

Uduszenie

W wysokich stężeniach i w zamkniętej przestrzeni, gaz może reagować z całym obecnym tlenem i pozbyć się go z danego obszaru, prowadząc do uduszenia.

Zdrowie

Silniki emitują węglowodory i dymy w wyniku spalania metanu, które mogą być niebezpieczne, gdy są wdychane przez organizm. Z drugiej strony, narażenie na wysoki poziom metanu może prowadzić do bólów głowy, wymiotów, nudności i utraty przytomności.

Zmiany klimatu

Po dwutlenku węgla, metan jest odpowiedzialny za około 23% zmian klimatu w XX wieku według NASA. Metan, który jest uwalniany do atmosfery przed spaleniem, jest szkodliwy dla środowiska. W porównaniu z innymi gazami cieplarnianymi, czas życia metanu w atmosferze jest stosunkowo krótki, ale jest on bardziej efektywny w zatrzymywaniu ciepła niż inne gazy. Ponieważ jest w stanie zatrzymywać ciepło w atmosferze, metan przyczynia się do zmian klimatu.

Autor
Recent Posts

Prawdziwy ekolog z serca ❤️. Założył Conserve Energy Future z jedynym mottem dostarczania pomocnych informacji związanych z naszym szybko wyczerpującym się środowiskiem. Jeśli nie wierzysz mocno w pomysł Elona Muska, aby Mars stał się kolejną planetą nadającą się do zamieszkania, pamiętaj, że naprawdę nie ma „planety B” w całym wszechświecie.

Co to jest gaz metanowy?