الميثان وهومُركّب كيميائي يعد أبسط الهيدروكربونات، وهوغاز له الصيغة الكيميائية CH₄. الميثان النقي ليس له رائحة، ولكن عند استخدامه تجاريا يتم خلطه بكميات ضئيلة من مركبات الكبريت ذات الرائحة المميزة مثل إيثيل مركبتان، مما يمكن من تتبع أثار الميثان في حالة حدوث تسريب.

وكمكون رئيسي للغاز الطبيعي فإن الميثان أحد أنواع الوقود المهمة. وحرق جزيء واحد من الميثان في وجود الأكسجين ينتج جزيء من ثاني أكسيد الكربون CO₂ وجزيئين من الماء H₂O.

الميثان أيضا أحد غازات الانحباس الحراري وله قدرة على تسخين الجو25 مرة أشد من تأثير ثاني أكسيد الكربون.

مصادر الميثان

المصادر الطبيعية

يتم استخراج الميثان من الرواسب الجيولوجية حيثقد يكون مصاحبا لأنواع الوقود الهيدروكربوني الأخرى. كما يمكن الحصول عليه من المصادر الطبيعية:

• تحلل المخلفات العضوية.
• المصادر الطبيعية: المستنقعات 23%
• وقود حفريات 20%
• عملية الهضم في الحيوانات (ماشية) 17%
• قاع البحر توجد كميات ضخمة من الغاز الطبيعي متجمدة تحت قاع البحر. ويقدر الخبراء حتى احتياطي هيدرات الميثان الموجودة تحت قاع محيطات وبحار العالم، تبلغ حوالي 3000 غيغاطن، أي حوالي ثلاثة مليار كيلوغرام. وهذا بدوره يعادل ضعف احتياطيات الطاقة المتوفرة في جميع المصادر التقليدية للطاقة كالفحم والنفط والغاز الطبيعي. لذا تتجه بعض الدول مثل الصين واليابان وكوريا الجنوبية والهند والبرازيل والولايات المتحدة، إلى استخراج هيدرات الميثان من أعماق البحار لسد حاجتها المتزايدة من الطاقة.

• البكتريا التي تتواجد أثناء زراعة الأرز.
• تسخين أوحرق الكتلة الحيوية لاهوائيا.

60% من الانبعاثات التي تنتج الميثان ناتجة من الأنشطة البشرية، وخاصة الأنشطة الزراعية. وخلال 200 سنة السابقة، تضاعف هجريز الغاز في الغلاف الجوي من 0.8 إلى 1.6 جزء في المليون.

كما حتى الميثان يصنف على أنه كتلة حيوية لأنه يمكن حتى ينتج من الحرق اللاهوائي لبعض المواد العضوية.

المصادر الصناعية

يمكن تصنيع الميثان واستخدامه صناعيا وذلك عن طريق التفاعلات الكيميائية مثل تفاعل ساباتيه (Sabatier reaction) أوعملية فيشر-تروبش (Fischer-Tropsch process).

• وطبقا لتقديرات أحد المصادر فإن الميثان الموجود في شكل رسوبي في المحيط يقدر بـعشرة آلاف مليار طن. وتقترح النظريات حتى هذه الكميات الضخمة من الميثان يمكن حتى تنطلق فجأة مرة أخرى، وتسبب ارتفاعا في درجات الحرارة.

أبسط الهيدروكربونات، الميثان وهوغاز، له الصيغة الكيميائية CH4. الميثان النقي ليس له رائحة، ولكن عند استخدامه تجاريا يتم خلطه بكميات ضئيلة من الكبريت القوي الرائحة. المركبات مثل إثيل مركبتان تمكن من تتبع أثار الميثان في حالة حدوث تسريب.

وكمكون رئيسي للغاز الطبيعي، فإن الميثان أحد أنواع الوقود المهمة. وحرق جزيء واحد من الميثان في وجود الأكسجين ينتج جزيء من ثاني أكسيد الكربون CO2, و2 جزيء من الماء H2O.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O الميثان أيضا أحد غازات الصوبة الزجاجية وله عزم تدفئة عام يبلغ 21. ويبلغ المتر المكعب من الميثان 717 جرام.

تفاعلات الميثان

تفاعل احتراق الميثان؛ حيث توجد أربعة ذرات هيدروجين و4 ذرات أكسجين و1 ذرة كربون قبل التفاعل وبعده. الكتلة الكلية بعد التفاعل هي نفسها التي كانت قبل التفاعل.

الاحتراق

يوجد عديد من المراحل عند احتراق الميثان: يتحول الميثان إلى الجذر ميثيل CH₃، والذي يتحول إلى فورمالدهيد (HCHO أوH₂CO). ويتحول الفورمالدهيد إلى الجذر فورمال HCO، والذي بدورهقد يكون أول أكسيد الكربون CO. وهذه العملية يطلق عليها تحلل حراري تأكسدي:

بعد عملية انحلال حراري تاكسدية يتأكسد H₂ مشكلاً H₂O، ويطلق حرارة. ويحدث هذا بسرعة جدا، في وقت أقل من ميلي ثانية.

وأخيرا، يتأكسد CO ليكون CO₂ وينطلق مزيد من الحرارة. وهذه العملية أبطأ المراحل وتحتاج بضع ميلي ثواني لتكتمل:

تنشيط الهيدروجين

إن الرابطة التساهمية القوية بين الكربون-الهيدروجين في الميثان هي واحدة من أقوى الروابط الهيديروجينية، وعلى ذلك فإن استخدامها كمادة اولية في صناعة البتروكيمياويات محدود. ولايزال البحث جاريا عن عامل حفز مناسب لتكسير الرابطة بين C-H في الميثان والألكانات المنخفضة الأخرى.

الهلجنة

يتفاعل الميثان مع الهالوجينات المتنوعة حسب المعادلة العامة:

ولكن ذلك في الضوء الشمس غير المباشر ويكون هذا التفاعل تفاعل استبدال

الميثان خارج الكرة الأرضية

يُعتقد حتى الميثان تم تحديد وجوده في أماكن عديدة في النظام الشمسي. ويعتقد أنه تكوّن خلال العمليات غير العضوية التي كانت تصاحب تطور النظام الشمسي.

• كوكب المشتري؛ يحوي غلافه الجوي على 0.3 % ميثان.
• كوكب المريخ؛ يحويعشرة جزء من البليون. (10 ppb)
• كوكب زحل؛ يحوي غلافه الجوي على 0.4 % ميثان.
  • قمر أيابيتوس
  • قمر تيتان
• كوكب نيبتون
  • قمر تريتون
• كوكب أورانوس
  • قمر أريل
  • قمر ميرندا
  • قمر أوبيرون
  • قمر تيتانيا
  • قمر أمبريل
• مذنب هالي
• مذنب هياكوتاكي

كما توجد آثار لغاز الميثان في طبقة رقيقة على القمر التابع للأرض. كما حتى هناك بعض الاكتشافات حول وجود الميثان في السحابات الموجودة بين النجوم.

استخدامات الميثان

إن المصادر الممكن استعادة واستعمال غاز الميثان منها كطاقة مجدية اقتصادياً تتضمن مناجم الفحم الحجري، وأنظمة الزيت والغاز، ومواقع ردم النفايات، وسماد الحيوانات.

مناجم الفحم

من أجل خفض مخاطر الانفجارات، تتم إزالة غاز الميثان من المناجم الموجودة تحت الأرض، قبل، وخلال، أوبعد التعدين. أما الاستعمالات الممكنة والمربحة للميثان من مناجم الفحم فهي: حقن غاز المناجم في شبكات أنابيب توزيع الغاز الطبيعي، أواستعماله لتوليد الطاقة الكهربائية، أوكوقود للمركبات/السيارات.

مناطق ردميات النفايات

الطريقة الرئيسية لخفض انبعاثات الميثان من مواقع طمر النفايات تتضمن جمع وحرق أوإعادة استعمال الغاز الناتج عن مواقع ردميات النفايات. تهجرز تكنولوجيا استعمال غاز مناطق الردميات على توليد الطاقة الكهربائية والاستعمال المباشر للغاز. يتم توليد الطاقة الكهربائية من خلال توزيع الميثان المجمع بواسطة شبكات الأنابيب كوقود للمحركات أوالتوربينات. كما تستعمل تكنولوجيا الاستعمال المباشر غاز مواقع الردميات مباشرة كوقود. بينما تتطلب التكنولوجيات الأخرى تحسين الغاز وتوزيعه على شبكات أنابيب توزيع الغاز الطبيعي.

أنظمة الزيوت والغاز الطبيعي

تقع نشاطات تخفيض الانبعاثات هنا في ثلاث فئات: التكنولوجيات أوتحسين المعدات التي تخفض أوتزيل تهوية المعدات والانبعاثات الأخرى، وحمل مستوى الأساليب الإدارية والإجراءات التشغيلية، إضافةً إلى تعزيز الوسائل الإدارية بالاستفادة من التحسينات التكنولوجية. في جميع هذه الحالات، فإن خفض انبعاثات الميثان يوفر غازا أكثر من أجل البيع والاستعمال.

استعمالات أخرى:

• تحضر منه الكثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون الذي يستخدم في إطفاء الحرائق وكمذيب أيضا، كما يدخل في صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحولات والفورمالدهيد.
• يكوّن حوالي 80% من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
• يستخدم في الاحتراق للحصول على الطاقة، فالكيلوجرام منه يعطي 13300 ثمن ما يعادل 55594 جول.
• يحضر منه النيتروميثان الذي يستخدم في عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.
• يستخدم في تحضير غاز الاصطناع.
• غاز الطبخ أوالغاز الطبيعي يتكون 90% من غاز الميثان مع عدد آخر من غازات أخرى.

انظر أيضاً

• قائمة الدول حسب انبعاث غازات الدفيئة
• قائمة الدول حسب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون
• الألكانات. أحد أنواع الهيدروكربونات والتيقد يكون الميثان أبسط أعضائها.
• كلاثيرات ميثان، نوع من أنواع الثلج يحتوى على الميثان.
• مجموعة ميثيل، مجموعة فعالة تشبه الميثان.
• إنتاج الميثان من الفحم

المراجع

وصلات خارجية

• هيدرات الميثان
• بيانات عن الميثان من المعهد الوطني للمقاييس والتكنولوجيا