يُعتبر غاز الميثان أحد المركبات الكيميائية البسيطة، حيث يمتلك صيغة كيميائية هي 4HC. بشكل عام، يُعرف الميثان النقي بأنه غاز عديم الرائحة، لكن عند استخدامه تجارياً، يُمكن أن يُخلط بكميات ضئيلة من مركبات الكبريت ذات الروائح القوية، مثل إيثيل مركبتان، مما يسهل اكتشاف أي تسريب له.
ما الذي يتكون منه غاز الميثان؟
- يعد غاز الميثان مكوناً أساسياً من الغاز الطبيعي وهو نوع مهم من أنواع الوقود.
- عند احتراقه في وجود الأكسجين، ينتج عن حرق جزء واحد من غاز الميثان ما يعادل جزءاً من ثاني أكسيد الكربون 2OC، وجزئين من الماء O2H.
- كما يُعتبر غاز الميثان واحداً من غازات الدفيئة، حيث يمتلك القدرة على تسخين الغلاف الجوي بمقدار خمسة وعشرين مرة أكثر من غاز ثاني أكسيد الكربون.
المصادر الطبيعية لغاز الميثان
يمكن استخراج غاز الميثان من الرواسب الجيولوجية المصاحبة لأنواع مختلفة من الوقود الهيدروكربوني الأخرى. تشمل المصادر الطبيعية التي يُستخرج منها الغاز:
- تحلل المخلفات العضوية.
- المستنقعات، التي تمثل حوالي ثلاثة وعشرين في المئة من المصادر.
- وقود الحفريات، والذي يُشكل حوالي عشرين في المئة.
- الهضم الحيواني الذي يساهم بنحو سبعة عشر في المئة.
- كما يوجد غاز الميثان بكميات ضخمة تحت قاع البحر في شكل غاز طبيعي متجمد.
- يقدر بعض الخبراء احتياطي هيدرات الميثان المتواجدة تحت المحيطات وبحار العالم بحوالي ثلاثة آلاف غيغا طن، وهو ما يعادل ثلاث مليارات كيلوغرام.
- تشير التقديرات إلى أن هذا الاحتياطي يعادل ضعف الاحتياطات الممكنة من الطاقة الموجودة في جميع المصادر التقليدية كالفحم والنفط والغاز الطبيعي.
- تسعى العديد من الدول، كالصين واليابان وكوريا الجنوبية والهند والبرازيل والولايات المتحدة، لاستخراج هيدرات الميثان من قاع البحار لتلبية احتياجات الطاقة.
- أيضاً، تُعتبر بعض أنواع البكتيريا التي تتواجد أثناء زراعة الأرز مصدراً طبيعياً آخر لغاز الميثان.
- إضافة إلى ذلك، يُنتج الغاز عبر حرق الكتلة الحيوية بشكل لا هوائي.
- حوالي ستين بالمئة من انبعاثات غاز الميثان نتجت عن الأنشطة البشرية، وخاصة الزراعية، على مدى المئتين عام الماضية.
المصادر الصناعية لغاز الميثان
يمكن إنتاج غاز الميثان واستخدامه صناعيًا من خلال تفاعلات كيميائية مثل تفاعل ساباتيه أو عملية فيشر-Tropsch.
- رغم التقديرات، يُعتبر غاز الميثان الرسوبي المتواجد في المحيطات مصدراً كبيراً، وقد شهدت دراسات بشأن إمكانية إطلاق كميات ضخمة منه فجأة، مما قد يؤدي إلى ارتفاعات ملحوظة في درجات الحرارة.
- يعد غاز الميثان أبسط الهيدروكربونات، ورغم أن الميثان النقي عديم الرائحة، عند استخدامه تجارياً تُضاف إليه بعض مركبات الكبريت.
عملية الاحتراق
- تتطلب عملية احتراق غاز الميثان العديد من الخطوات، حيث يمكن أن يتحول إلى جذر ميثيل، الذي يُمكن بدوره أن يتحول إلى فورمالديهايد.
- الفورمالدهيد يُمكن أن يتحول إلى أول أكسيد الكربون، مما يشير إلى تفاعلات التحلل الحراري التأكسدي.
تنشيط الهيدروجين
- تُعتبر الروابط بين الكربون والهيدروجين في غاز الميثان من أقوى الروابط الهيدروجينية، مما يحد من استخدامها كمادة أولية في صناعة البتروكيماويات.
- لا يزال البحث جارياً عن طرق فعالة لتكسير الرابط بين H-C في غاز الميثان والألكانات الأخرى.
التفاعلات مع الهالوجينات
- يمكن لغاز الميثان التفاعل مع الهالوجينات في ظل ظروف معينة، مثل وجود ضوء الشمس غير المباشر، مما يؤدي إلى تفاعلات استبدالية.
غاز الميثان في الفضاء
تم اكتشاف غاز الميثان في عدة مناطق من النظام الشمسي، ويُعتقد أن ظهوره يعود إلى عمليات غير عضوية مرتبطة بتكوين النظام الشمسي. من بين الأمثلة:
- كوكب المشتري، الذي يحتوي غلافه الجوي على حوالي 0.3% من غاز الميثان.
- كوكب المريخ، الذي يحتوي على ما يعادل عشرة أجزاء من البليون (bpp).
- كوكب زحل، الذي يحتوي على 4.0% من الميثان، بما في ذلك أقمار مثل أيابيتوس وتيتان.
- كوكب نبتون وتيتون.
- كوكب أورانوس، مع مجموعة من الأقمار التي تشمل أريل وميراندا وأوبيرون وتيتانيا.
- تم العثور أيضاً على آثار لغاز الميثان في طبقة رقيقة على القمر التابع للأرض، بالإضافة إلى الاكتشافات حول وجوده في السحابات بين النجوم.
استخدامات غاز الميثان
يجد غاز الميثان تطبيقات عديدة، منها:
- مصدر للطاقة الاقتصادية، حيث يُستخدم في مناجم الفحم الحجري ونظام الزيت والغاز ومواقع طمر النفايات.
- في مناجم الفحم، يُستخدم غاز الميثان لتقليل مخاطر الانفجارات.
- توجد استخدامات أخرى مربحة تشمل حقن الغاز في شبكات الأنابيب أو استخدامه لتوليد الطاقة الكهربائية.
- في مناطق ردميات النفايات، يُساهم غاز الميثان في تقليل الانبعاثات من مواقع الطمر من خلال جمعه واستخدامه.
