گاز متان سوختی است که از دل زمین و از گاز طبیعی استخراج می شود. گاز متان ساده ترین و اولین هیدرو کربن و از شاخه ی آلکان هاست. این ماده از یک اتم کربن به عنوان اتم مرکزی و ۴ هیدروژن که به آن از طریق پیوند هیدروژنی متصل هستند تشکیل شده و فرمول شیمیایی آن CH۴ است. گاز متان در شرایط استاندارد رنگ و بوی خاصی ندارد و بسیار فرار بوده و به آسانی می سوزد و کربن دی اکسید و آب، محصولات سوختن گاز متان هستند. باید توجه داشت که این گاز توانایی جانشین شدن بجای اکسیژن را دارد و موجب خفگی می شود. گاز متان ناقطبی بوده و در آب حل نمی شود.
گاز متان به دلیل دوستی با محیط زیست نسبت به سوخت های دیگر کاربردهای فراوانی دارد. از کاربرد گاز متان می توان به کاربرد به عنوان سوخت در خودرو ها، مصارف خانگی (گاز شهری) و تولید برق و.. اشاره کرد. تولید گاز متان می تواند به صورت استخراج گاز طبیعی همراه با هلیوم و عناصر دیگر باشد، از طرفی این گاز که به گاز مرداب هم مشهور است از تجزیه ی بی هوازی مواد آلی مانند گیاهان مرداب نیز می تواند تولید شود. بنابراین تالاب ها می توانند یکی از منابع تولید گاز متان باشند. به دلیل استفاده از این ماده به عنوان سوخت در بسیاری از صنایع بازار خرید و فروش گاز متان به عنوان یک گاز صنعتی نیز بسیار داغ است. در ادامه در نشریه جهان شیمی فیزیک به توضیح و تفسیر کاربرد گاز متان می پردازیم.
گاز متان و تأثیرش به عنوان گازهای گلخانه ای
با تمام کاربردهایی که این ماده در صنعت و زندگی انسان ها دارد از کارخانه ها و مراکز تحقیقاتی گرفته تا مصارف این گاز به عنوان سوخت خانگی، اما به عنوان دومین گاز تاثیر گذار در افزایش اثر گلخانه ای شناخته می شود. این گاز با توانایی زیاد جذب گرما باعث گرم تر شدن کره ی زمین می شود. دلیل اینکه این گاز دومین گاز گلخانه ای است، مقدار کمترش در هوا کره است در غیر این صورت اثرات آن بسیار مخرب تر از دی اکسید کربن نیز می تواند باشد.
گاز متان چه کاربردی دارد ؟
یکی از کاربردهای این گاز به عنوان گاز شهری است که از آن برای پخت و پز و گرم کردن منازل که توسط لوله های انتقال به منازل رسیده است استفاده می شود.
این گاز در نیروگاه های برق به عنوان سوخت استفاده شده و برق تولید می شود و منجر به روشنایی می گردد.
در تولید گاز هیدروژن در مقادیر بالا و همچنین تولید آمونیاک، از این ماده استفاده می شود و این نقش کلیدی در تولید کود را نیز دارد.
این گاز به صورت تصفیه شده می تواند در موشک ها و راکت ها به عنوان سوخت مورد استفاده قرار بگیرد.
از این گاز می توان برای سنتز مواد شیمیایی دیگر مانند استیک اسید، استیلن و برخی از حشره کش ها استفاده نمود.
همچنین این گاز به عنوان سوخت خودرو ها در جایگاه های سوخت CNG مصرف می شود.
برای تولید متانول البته در مقیاس آزمایشگاهی می توان این گاز را اکسایش داد و متانول تولید کرد.
واکنش های گاز متان را می شناسید ؟
از آنجایی که هیدروژن و گاز سنتز موادی مهم در صنعت پتروشیمی هستند، تولیدشان نیز مهم بشمار می آید. برای تولید گاز سنتز از اکسیداسیون گاز متان استفاده می شود.
یکی دیگر از واکنش های گاز آلکانی مورد نظر، هالوژناسیون می باشد که این واکنش در دسته واکنش های رادیکالی قرار دارد. واکنش های رادیکالی معمولا با تابش نور ماورا بنفش به محیط واکنش آغاز می شوند.
واکنش سوختن گاز متان نیز نام آشناترین واکنش می باشد که در حضور اکسیژن به شکل یک واکنش چند مرحله ای رخ می دهد.
این گاز به دلیل تولید یون های مثبت مانند +CH۴ در واکنش های اسید و بازی هم می تواند شرکت کند.
تولید گاز متان چگونه است؟
آیا گاز مرداب همان گاز متان است؟
ماده ای که پیش تر به آن اشاره شد یکی از ارزشمند ترین منابع انرژی در دسترس می باشد. تولید گاز متان علاوه بر خالص سازی گاز طبیعی و پالایش نفت می تواند از طریق بیوگاز یا همان تجزیه شدن مواد آلی گیاهی در شرایط بی هوازی انجام گیرد. موادی که می توان از آن ها بیوگاز تولید کرد: کود های شیمیایی، بقایای مواد گیاهی ، پسماندهای شهری و… هستند. تولید این گاز به صورت خالص را می توان توسط تقطیر جز به جز انجام داد زیرا دمای جوش هیدروکربن های مختلف با هم فرق دارد و با تقطیر جز به جز به آسانی جدا می شوند.
یکی دیگر از منابع تولید گاز متان تالاب ها هستند. وقتی بقایای مواد آلی به کف مرداب می رسند در آنجا در شرایط بدون هوا توسط باکتری های بی هوازی تجزیه و در حین این کار، این گاز تولید می شود. به دلیل ایجاد این ماده از مواد بیولوژیک طی فآیندهای بی هوازی، برآن نام بیوگاز هم نهاده اند. درواقع این میکروارگانیسم ها هستند که در مرداب گاز تولید می کنند.
توجهالبته تمام گاز های تولید شده در مرداب گاز متان نیست و تنها ۶۰ تا ۷۰ درصد آن را گاز متان تشکیل می دهد که البته این عالی است، زیرا این روش از تولید این گاز در دسته ی منابع تجدید پذیر انرژی قرار می گیرد و روش های تولید آن با روش های بیولوژیک می توانند در آینده جایگزین تولید متان از طریق استخراج منابع تجدید ناپذیر باشند. بویی که در مرداب گاها به مشام می رسد گاز متان نیست چون این گاز بی بوست، بلکه در ترکیب گاز مرداب ماده ی دیگری به نام سولفید هیدروژن وجود دارد که هم سمی است و هم بو دارد، این بو در سیستم فاضلابی هم به مشام می رسد. اما مقدار این ماده در گاز مرداب کم است.
اعماق اقیانوس ها و دریاها که عاری از اکسیژن هست نیز می تواند محل مناسبی برای تولید گاز اشاره شده، در حضور باکتری های بی هوازی باشد.
یکی از روش های دفع زباله به نام کمپوست نیز می تواند منجر به تولید این گاز شود.
معادن ذغال سنگ نیز می توانند یکی دیگر از منابع تولید این گاز باشند. منابع ذغال سنگ به عنوان سوخت فسیلی منبعی از گاز متان را در زیر خود نهفته دارند.
اما همچنان نفت و گاز بزرگترین منبع تولید انبوه گاز متان است. گاز متان به دلیل آزاد سازی کمتر دی اکسید کربن در هنگام سوختن نسبت به بقیه ی هیدروکربن ها مصرف بیشتری دارد.
آیا گاوها باعث گرم شدن کره ی زمین می شوند؟
دز طی یک قرن گذشته مقدار این ماده در جو تقریبا ۳ برابر شده است. بهتر است بدانید قدرت گرمازایی این گاز نسبت به کربن دی اکسید تقریبا ۲۳% بیشتر است. فعالیت های بشر نظیر استخراج سوخت ها، کشاورزی، معدن و استفاده ی روز افزون سوخت های فسیلی باعث افزایش گازهای گلخانه ای از جمله متان می شود.
جالب است بدانید که ۲۲ درصد از این ماده ی وارد شده در جو از طریق پستاندارانی مانند گاو، گوسفند و سایر نشخوار کنندگان از طریق گوارش غذا می باشد. محققان با کشف ماده ای در مدفوع نشخوار کنندگان ارتباط معناداری بین مقدار آن ماده با مقدار متان آزاد شده از معده ی این حیوانات یافته اند. محققان بر آنند تا با برخی رژیم های غذایی خاص بتوانند این تولید گاز توسط پستانداران را کاهش داده و به نوعی کنترل کنند.
خرید و فروش گاز متان
این ماده ی مهم به دلیل مصرف زیاد به عنوان انواع سوخت خرید و فروش بالایی دارد. فروش گاز متان خالص عمدتا در کپسول هایی ۵۰ لیتری انجام می گیرد. بهتر است بدانید قیمت کپسول این گاز بسته به سایز و خلوص کپسول متفاوت است. در حمل و نقل کپسول این گاز باید ایمنی لازم را به دلیل امکان انفجار رعایت نمود، چون این گاز بسار مشتعل است و از قرار دادن کپسول آن در محل هایی با غلظت بالای اکسیژن و همچنین قرار دادن در کنار کپسول گاز اکسیژن باید ممانعت شود.
این ماده با خلوص های متفاوت در کپسول ها به فروش می رسد. این گاز در گرید های ۲.۵ ، ۳.۵، ۴.۵ و ۵.۵ ارائه می شود. البته شرکت ها و صنایع بزرگ مختلف می توانند این ماده را از طریق لوله های انتقال از محل تولید به محل مصرف دریافت کنند. کپسول این گاز معمولا به رنگ قرمز و یادآور خطر انفجار است.
یکی از موارد کاربرد کپسول گاز متان استفاده از مخلوط آن با آرگون است که برای استفاده در دستگاه های XRD تهیه می شود. این کپسول ها از ترکیب ۱۰ درصدی گاز متان با ۹۰% آرگون آماده ی عرضه می گردند.
نوع دیگر کپسول این گاز که به فروش می رسد، پر شده از هوای خشک است که به آن تنها ۲.۵% این گاز اضافه شده است. از این کپسول ها به عنوان شناساگر در نیروگاه ها و همچنین نشت یابی استفاده می شود.
خطرات گاز متان چیست ؟
این ماده به دلیل بی رنگ و بی بو بودنش به راحتی می تواند موجب خفگی شود. همچنین این گاز هیچ تحریکی را در پوست و چشم ایجاد نمی کند. گاز متان در اثر نشتی در فضای بسته به راحتی جانشین اکسیژن شده و موجب خفگی خواهد شد. در کاربرد این ماده به عنوان گاز شهری به آن افزودنی هایی اضافه می کنند که در صورت نشتی از بوی آن وجود نشتی در اتصالات تشخیص داده شود و از خطرات احتمالی جلوگیری به عمل آید.
این ماده به خودی خود گاز سمی محسوب نمی شود اما در غلظت های بالاست که منجر به حوادث ناگوار خواهد شد. برای جلوگیری از مسمومیت با این گاز در مصارف خانگی به طور مداوم اتصالات لوله های انتقال باید چک شوند. در مقیاس صنعتی نیز می توان از دستگاه هایی با عنوان آشکارسازهای گاز متان که قابل حمل آسان هستند استفاده کرد. قدرت اشتعال این ماده به قدری بالاست که اگر در محیطی با مواد شیمیایی دیگر قرار بگیرد و در آنجا مقداری اکسیژن نیز باشد ممکن است باعث آتش سوزی شود.
استنشاق این ماده در طولانی مدت می تواند عوارضی از جمله تهوع، اختلال در بینایی، مسمومیت، اختلال در حافطه، اشکال در تکلم و… اشاره کرد.
ممکن است این سوال پیش بیاید که با وجود این خطرات چرا از این ماده استفاده می شود؟ جواب ساده است زیرا سوخت های فسیلی دیگر مانند نفت ساختار بسیار پیچیده تری از متان دارند و به همین تناسب پیچیدگی که دارند مواد مضر بیشتری وارد هوای تنفسی ما می کنند و می توانند اثرات مخرب تری را نسبت به متان بر جای بگذارند.
محل نگهداری کپسول گاز متان باید چگونه باشد؟
کپسول ها به دلیل خطر انفجار باید به دور از نور مستقیم خورشید و در محوطه ای با تهویه ی مناسب و خنک قرار بگیرند.
در صورت آتش سوزی در محل نگهدازی کپسول ها می توان از کپسول دی اکسید کربن برای مهار آتش استفاده کرد.
به دلیل ناقطبی بودن متان چربی را در خود حل می کند پس در صورت تماس با پوست و چشم منطقه ی آلوده شده را باید به خوبی با آب شستشو داد.
در صورت پی بردن وجود نشتی در کپسول ها به سرعت باید اقدام به خارج سازی آن کپسول و از بین بردن نشتی نمود.
