في هذا المقال، سنستكشف عالم غاز الميثان، الذي يعد أحد المركبات الكيميائية الهامة في عائلة الهيدروكربونات، ويتميز بصيغته الكيميائية CH4. ورغم أن غاز الميثان يكون عديم الرائحة في حالته النقية، إلا أنه قد يُعطى رائحة مميزة عند استخدامه تجارياً من خلال خلطه بكميات ضئيلة من مركبات الكبريت، مثل الإيثيل مركبتان، مما يسهل الكشف عن تسرباته في حالة حدوث أي تلف.
يُعتبر الغاز الطبيعي المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، وهو من أبرز أنواع الوقود المستخدمة في مختلف دول العالم. في السطور القادمة، سنتناول هذا الغاز بشكل مفصل، موضحين استخداماته ومصادره، لذا تابعونا.
محتويات
غاز الميثان
يُعَد غاز الميثان واحدًا من الغازات المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري، حيث يمكنه تسخين الجو بقوة تصل إلى 25 مرة أكثر من تأثير غاز ثاني أكسيد الكربون.
هذا الغاز، الذي يتواجد في الغلاف الجوي، هو غاز غير مرئي ويتواجد بكميات ضئيلة.
وبالنظر إلى خواصه الكيميائية، نجد:
- يشتعل بلهب أزرق في الهواء، وينتج عن احتراقه ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، مطلقًا طاقة حرارية.
- يتفاعل غاز الميثان مع بخار الماء وبعض أكاسيد الفلزات، بإشراف عوامل حفزية، عند درجات حرارة مرتفعة وضغط جوي مرتفع، لإنتاج غاز الاصطناع والذي يتكون من أول أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين، المستخدم في العديد من الصناعات.
- يمكن لغاز الميثان أن يتحلل إلى مكوناته الأساسية عند تسخينه في أنابيب معدنية إلى درجات حرارة معينة، ويطلق على الكربون الناتج منه لقب “الكربون الأسود”.
وتوجد العديد من الخصائص الفيزيائية المميزة لغاز الميثان، منها:
- يتميز بأنه غاز شفاف عديم الرائحة واللون.
- كثافته أقل من كثافة الهواء الجوي.
- يمكن أن يتحول إلى سائل عند درجات حرارة منخفضة وضغط عالي.
- كما أنه شحيح الذوبان في الماء.
عند احتراق جزيء واحد من غاز الميثان في وجود الأكسجين، ينتج عنه جزيئين من الماء H2O وجزء واحد من ثاني أكسيد الكربون CO2.
استخدامات الميثان
يمتلك غاز الميثان مجموعة متنوعة من الاستخدامات، تشمل:
- يشكل نحو 80 إلى 90% من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
- يستخدم في تحضير النيترو ميثان، الذي يُستخدم في صناعة المبيدات الحشرية والعقاقير الطبية.
- يتم إنتاج غاز الهيدروجين من الميثان، الذي يُستخدم في تصنيع الأمونيا، والتي تُستخدم بدورها في إنتاج الأسمدة ومواد التفجير.
- تستخدم العديد من المركبات العضوية لإنتاج رابع كلوريد الكربون، الذي يُعتبر عاملًا مهمًا لإطفاء الحرائق ومذيبًا، ويُستخدم أيضًا في تصنيع المخدر المعروف بالكلوروفورم.
- يُستخدم في صهر وتجفيف وتعقيم مختلف المنتجات.
- يعتبر مصدرًا ضروريًا لصناعة الأغذية والأوراق والأحجار والزجاج ومصافي البترول.
- يستخدم كوقود لتوليد الطاقة، حيث يوفر حوالي 55594 جول لكل كيلوجرام، وهو ما يعادل حوالي 13300 سعر حراري، وذلك وفقًا للمعادلة التالية: طاقة + CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
- يتم استخدامه في مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك صناعة النايلون والبلاستيك والفورمالدهيد والكحول وغيرها.
- يتم إنتاج الكربون الأسود منه، الذي يُستخدم في صناعة الحبر.
- يُستخدم كوقود للسيارات والمركبات.
- يمكن استغلاله بشكل فعال داخل مناجم الفحم عبر حقن غاز المناجم في شبكات الأنابيب المخصصة لغاز الطبيعي، بالإضافة إلى استخدامه في توليد الطاقة الكهربائية.
مصادر الميثان
توجد مصادر مختلفة لاستخراج غاز الميثان، سواء كانت طبيعية أو صناعية، وسنستعرضها في النقاط التالية.
المصادر الطبيعية
يتم استخراج غاز الميثان من الرواسب الجيولوجية ويُعتبر جزءاً من أنواع الوقود الهيدروجينية، ويمكن الحصول عليه من المصادر الطبيعية التالية:
- تنتج الحيوانات غاز الميثان أثناء هضمها للطعام، مثل الأغنام والجمال والماعز والجاموس والأبقار، حيث يُستخرج بنسبة تتراوح بين 15% إلى 17%.
- تتواجد في المستنقعات وتكون نسبة الميثان حوالي 23%.
- تحلل المخلفات العضوية ينتج أيضًا غاز الميثان.
- وقود الحفريات يمثل حوالي 20% من إجمالي الغاز.
- يتم إنتاج الميثان عبر عملية احتراق الكتلة الحيوية بشكل لاهوائي.
- تنتج بعض البكتيريا خلال زراعة الأرز كميات من غاز الميثان.
- يوجد أيضًا كميات كبيرة من الغاز الطبيعي المتجمد تحت قاع البحر، حيث يُقدِّر احتياطي هيدرات الميثان بحوالي ثلاثة آلاف غيغا طن، مما يُساعد في تقليل احتياطي الطاقة المتاحة من مصادر الطاقة التقليدية مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي.
تقوم بعض الدول بالتنقيب عن هيدرات الميثان في البحار لتلبية احتياجاتها المتزايدة من الطاقة، ومن بين هذه الدول كوريا الجنوبية واليابان والهند والصين والولايات المتحدة والبرازيل.
المصادر الصناعية
يمكن إنتاج غاز الميثان من خلال مجموعة من التفاعلات الكيميائية، كما يمكن الحصول عليه على شكل رسوب في المحيط بكميات تصل إلى حوالي 10 آلاف مليار طن. ويوجد بعض النظريات التي تشير إلى أن إطلاق هذه الكميات بشكل مفاجئ قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة.
غاز الميثان من الأنشطة البشرية
تشير الإحصائيات إلى أن نحو 60% من إنتاج غاز الميثان ينجم عن الأنشطة البشرية، خاصة الأنشطة الزراعية. وخلال الـ200 سنة المنصرمة، تضاعف تركيز الغاز في الغلاف الجوي من 0.8 إلى 1.6 جزء في المليون.
بهذا، نكون قد استعرضنا جوانب عديدة من غاز الميثان، وندعوكم لمتابعة كل جديد من خلال موسوعتنا، ونتمنى لكم دوام الصحة والسلامة.