Metán (CH4) — meghatározás, kémiai tulajdonságok és klímahatás

Metán (CH4): kémiai tulajdonságok, előfordulás és klímahatás — megtudhatja, miért 23× erősebb üvegházhatású gáz, hogyan oxidálódik és milyen hatással van a klímára.

A metán szerves vegyület, amelynek kémiai képlete CH
₄. Egy szénatomos alkán. Gyakran megtalálható a földgáz fő alkotórészeként. A metán 23-szor hatékonyabb üvegházhatású gáz, mint a szén-dioxid. Kevésbé stabil is, és oxigén hatására lassan oxidálódik szén-dioxiddá és vízzé.

Az előző mondat kiegészítéseként fontos pontosítani: a légkörben a metánt döntően a hidroxilgyök (•OH) támadja meg, és ezen oxidációs folyamat végterméke jellemzően CO2 és H2O. A metán élettartama a légkörben viszonylag rövid (évtized nagyságrendű), ezért rövidtávon erős felmelegítő hatása van — a pontos „üvegházhatású potenciál” (GWP) értéke a vizsgált időtáv és a számítási módszer függvénye; rövid (20 éves) időtávon jóval nagyobb, hosszabb (100 éves) időtávon pedig jellemzően a CO2-höz viszonyítva körülbelül néhányszor tízszeres nagyságrendű.

Fizikai tulajdonságok

• Állapot: színtelen, szagtalan gáz normál körülmények között.
• Sűrűség: a levegőnél könnyebb (légsűrűségnél kisebb).
• Forráspont: kb. −161,5 °C; olvadáspont: körülbelül −182,5 °C.
• Oldhatóság: vízben kis mértékben oldódik, de jól oldódik szerves oldószerekben.
• Szerkezet: a szén atomja sp3 hibridizált, a molekula tetraéderes geometriájú.

Kémiai tulajdonságok

• A metán az egyszerű telített szénhidrogének közé tartozik (alkán).
• Stabil, alacsony reakciókészséget mutat standard körülmények között; reakciókhoz általában energia (pl. gyújtás, katalizátor, fotokémiai aktiválás) szükséges.
• Égés: teljes égése során: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O (+ hő). Feltételezve elegendő oxidálószert, ez a reakció kifelé hőt termel, ezért a metán hatékony tüzelőanyag.
• Atmoszferikus oxidáció: a légkörben főként •OH gyökök reagálnak a metánnal, amelynek következtében végül CO2 és H2O keletkezik; ez az út a metán légköri eltávolításának fő mechanizmusa.
• Halogénezés, magas hőmérsékletű hasítás és katalitikus átalakítások során más szénvegyületek is képződhetnek.

Előfordulás és felhasználás

• Természetes források: mocsarak, lápok, tőzeg, permafroszt olvadása, geológiai (fosszilis) lelőhelyek és felszín alatti üregek. Biogén metán keletkezik anaerob körülmények között baktériumok hatására.
• Antropogén források: földgáz- és kőolajkitermelés, csővezetékek és berendezések szivárgása, bányászati tevékenység, hulladéklerakók, szennyvízkezelés, állattenyésztés (különösen kérődzők) és rizskultúrák.
• Felhasználás: főként tüzelőanyagként (fűtés, elektromos erőművek, ipari hőtermelés), továbbá alapanyagként vegyipari termékek (pl. hidrogén, műanyagok, metanol) előállításához. Folyékony formában (LNG) nagy távolságokra is szállítják.

Klímahatás és kibocsátáscsökkentés

A metán jelentős rövid távú üvegházhatású gáz: a légköri élettartama rövidebb, de hatása erőteljes. Emiatt a metánkibocsátás csökkentése gyorsan mérhető klímahatás csökkenést eredményezhet. További következmények közé tartozik, hogy a metán a légkörben elősegítheti az ózon (troposzferikus ózon) keletkezését, ami egészségügyi és növénykárosító hatással jár.

Kibocsátáscsökkentési lehetőségek:

• Olaj- és gázipari szivárgások és szökések felderítése és javítása (leak detection and repair).
• Hulladéklerakók és szennyvíztelepek metánjának csapdázása és hasznosítása (pl. energetikai célokra).
• Állattenyésztési gyakorlatok javítása, takarmányozás optimalizálása, illetve metánredukáló technológiák bevezetése.
• Rice kultúrák vízgazdálkodásának módosítása és más mezőgazdasági technikák alkalmazása.

Biztonság

• A metán könnyen gyullad és robbanásveszélyes keveréket alkothat levegővel (körülbelül 5–15 térfogatszázalék között). Ezért zárt térben és ipari berendezéseken különös figyelmet igényel a szivárgásellenőrzés és a megfelelő szellőzés.
• Magas koncentrációban fulladást (oxigénkiszorítást) okozhat, de mérgező gázként nem ismert.

Összefoglalva: a metán egyszerű, de klímaválisan nagyon fontos gáz — felhasználása és szabályozása egyaránt jelentős hatással van az energiatermelésre, iparra és a globális felmelegedés rövid távú alakulására.

Keresés betűvel