گاز متان یک نوع آلکان است که ساختار بسیار ساده ای دارد. فرمول گاز متان به صورت شیمیایی، فرمول CH4 بوده و در دسته هیدروکربن های سیر شده زنجیری قرار می گیرد. متان از جمله سوخت های فسیلی است که در صنایع مختلفی استفاده می شود. این گاز کاملا پاک و بدون بو است و تقریبا همه افراد می توانند به راحتی به آن دسترسی داشته باشند. در واقع، باید بدانید که همه ما به صورت روزمره از متان استفاده می کنیم. متان ماده اصلی تشکیل دهنده گاز طبیعی و سوخت شهری نیز محسوب می شود.
بررسی اتم های تشکیل دهنده گاز متان
برای این که متوجه شوید گاز متان چیست باید به شما بگوییم متان تشکیل شده از دو نوع اتم است. این اتم ها دارای ساختار مشخصی هستند و به شکل خاصی در کنار یک دیگر قرار گرفته اند. در این مولکول از یک اتم کربن و 4 اتم هیدروژن استفاده شده است. مولکول متان ظاهری شبیه به یک چهار وجهی دارد که اتم کربن در مرکز آن قرار گرفته و اتم های هیدروژن در اطراف آن هستند. زاویه این اتم ها برابر با 109.47 است و راس های اصلی این مولکول را تشکیل می دهند.
این اتم ها دارای پیوند کووالانسی هستند و از یک جفت الکترون به صورت اشتراکی تشکیل شده اند. هر یک از این الکترون ها میان اتم های هیدروژن قرار دارند که باعث ایجاد ارتباط هیدروژن با کربن مرکزی می شوند. در صورتی که هر یک از این اتم ها دچار مشکل شود، متان دیگر تولید نخواهد شد.
نگاهی کلی به گاز متان
حال که با اتم های تشکیل دهنده متان و ساختار مولکولی آن آشنا شدید، بهتر است شما را بیشتر با این گاز آشنا کنیم. متان یکی از اصلی ترین گازهای موجود در طبیعت است که به میزان فراوانی در کره زمین وجود دارد. این گاز بهترین انتخاب به عنوان سوخت فسیلی است و آلاینده بسیار کمی از خود بر جای می گذارد. در واقع می توان گفت که این گاز یکی از ساده ترین هیدروکربن های موجود در زمین است.
البته دقت داشته باشید که با وجود این که گاز متان به وفور در مناطق مختلف کره زمین موجود است، نگه داری بسیار سختی دارد. برای این که از نشت این گاز جلوگیری شود یا باعث آتش سوزی نشود، باید استانداردهای مربوط به دما، فشار و … در زمان نگه داری آن رعایت شود. این گاز معمولا به صورت طبیعی و بدون نیاز به هیچ گونه دستکاری تولید می شود و ساخت آن بر اساس فرآیندهای بیولوژیکی و طبیعی انجام می گیرد.
اگرچه متان و آرگون هر دو در جو زمین یافت میشوند، اما نقش آنها در محیط زیست و صنایع بسیار متفاوت است. متان به عنوان یک گاز گلخانهای قدرتمند شناخته شده است، در حالی که گاز آرگون به دلیل بیاثر بودن، در بسیاری از فرآیندهای صنعتی به عنوان گاز محافظ استفاده میشود.
تاریخچه استفاده از گاز متان توسط انسان ها
استفاده از متان در موارد مختلف دارای تاریخچه ای طولانی است و قدمت آن ممکن است به چندین هزار سال قبل برگردد. آلساندرو ولتا فیزیکدان ایتالیایی در سال 1778 این گاز را برای نخستین بار کشف کرد. او با بررسی گازهای مرداب لاک ماجیور متوجه متان شد. سال ها قبل از این فیزیکدان یعنی در 940 سال پیش از میلاد مسیح نیز مردم برای استخراج گاز طبیعی یا همان متان از نی های تو خالی استفاده می کردند.
آن ها با استفاده از این نی ها می توانستند گاز را به خشکی برسانند و از آن برای جوشاندن آب دریا استفاده کنند. نخستین چاه های گاز متان نیز حدود 600 سال پیش از میلاد حفر شدند. در تمدن های دیگر و در سراسر کره زمین نیز استفاده از این گاز رواج داشت و حتی برخی از مردم شعله های آتش را روی زمین مشاهده کرده بودند که در اثر خروج متان از زمین ایجاد شده بود. آن ها به این شعله ها احترام می گذاشتند و آن را عبادت می کردند.
با وجود تمام مسائلی که گفته شد، بشر پس از سال ها و در اوایل قرن بیستم به اهمیت این گاز پی برد و در صنایع مختلف آن را مورد استفاده قرار داد. در آن قرن گاز به عنوان یک منبع حیاتی برای مردم در نظر گرفته شد و اهمیت آن به قدری زیاد بود که بسیاری از کشورها تنها با صادرات گاز متان اقتصاد خود را می چرخاندند.
متان، سادهترین هیدروکربن و اصلیترین مؤلفه گاز طبیعی است. کربن موجود در متان، عنصری کلیدی در بسیاری از ترکیبات شیمیایی است. یکی از این ترکیبات، کاربید است که از ترکیب کربن با فلزات تولید میشود. کاربیدها در صنایع مختلف کاربردهای گستردهای دارند. برای آشنایی بیشتر با این موضوع میتوانید به مقاله کاربید چیست مراجعه نمایید.
بررسی مهم ترین ویژگی های متان
متان دارای ویژگی ها و مشخصات منحصر به فردی است که آن را از سایر گازهای موجود در کره زمین متمایز کرده است. با شناخت این خصوصیات می توانید متوجه اهمیت این گاز و دلایل استفاده از آن به صورت روزمره شوید. از جمله مهم ترین ویژگی های گاز متان می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فاقد هرگونه بو
- کاملا بی رنگ
- به شدت فرار
- دارای قابلیت اشتعال در مجاورت مستقیم با هوا
- به شدت خفه کننده و اختقان آور برای تمامی موجودات زنده
- وزن بسیار کم و سبک تر از هوا
- داشتن قدرت نفوذ بالاتر از هوا
- کاملا سازگار با محیط زیست
- تقریبا نامحلول در آب یا دارای حلالیت بسیار جزئی
- فرمول گاز متان: CH4
- وزن مخصوص 554.0
- چگالی متان: µg/ml6
- چگالی تقریبی 0.4
- چگالی بخار 544 در ˚C0
- جرم مولی برابر با g/mol 04
- نقطه ذوب برابر ˚C 5-
- نقطه جوش ˚C5-
- در شکل مایع بسیار سبک تر از آب
- دارای خاصیت انحلال پذیری در آب mg/L 7
مهم ترین کاربردهای گاز متان
حال نوبت به آن رسیده که شما را با مهم ترین کاربردهای متان آشنا کنیم. این گاز در موارد مختلف و در صنایع متعددی مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع نمی توان استفاده از این گاز را محدود به شرایط خاصی دانست. گاز متان به صورت روزمره در زندگی همه افراد استفاده می شود و به نوعی بخش جدایی ناپذیری به حساب می آید. از این گاز هم به شکل خالص و هم به صورت ناخالص می توان استفاده کرد. مهم ترین کاربردهای متان عبارت هستند از:
- استفاده از متان به عنوان گاز شهری
- قابل استفاده در جایگاه های سوخت به عنوان گاز CNG
- برای پختن غذا روی گاز، از گاز متان استفاده می کنیم.
- به کار گرفتن متان در نیروگاه های برق به عنوان یک سوخت فسیلی کم خطر
- قابل استفاده در موشک ها و راکت ها به عنوان منبع سوخت
- سنتز مواد شیمیایی همچون استیک اسید، استیلن و بعضی از حشره کش ها
- تولید متانول در آزمایشگاه ها
- تولید ترکیب های مختلف همچون آمونیاک
- دارای قابلیت به عنوان سوخت برای تولید انرژی در کارخانه های بزرگ
- استفاده از گاز متان با خلوص بالا در دستگاه های مربوط به شناسایی و آنالیز مواد مختلف
متان و پروپان هر دو هیدروکربنهای قابل اشتعال هستند و به عنوان سوخت استفاده میشوند. با این حال، گاز پروپان نسبت به متان سنگینتر است و به عنوان یک گاز مایع قابل حمل مورد استفاده قرار میگیرد.
نحوه تولید گاز متان
همان طور که گفته شد متان به صورت طبیعی تولید می شود و در فرآیند ساخت آن از هیچ نوع عامل بیرونی استفاده نمی شود. برخی فرآیندهای شیمیایی به صورت مستقیم در تولید این گاز تاثیر دارند. در صورتی که این گاز در کنار گازهای نیتروژن یا هلیوم قرار بگیرد، گاز طبیعی تولید خواهد شد. این گاز برای تولید به موادی همچون باقی مانده زغال سنگ، نباتات، حیوانات و … نیاز دارد.
در واقع زمانی که گیاهان در معادن زغال سنگ به صورت غیر هوازی تجزیه می شوند، این گاز تولید خواهد شد. اگر قصد داشته باشید که گاز متان را به صورت آزمایشگاهی تولید کنید، باید گاز طبیعی را به شکل جزء به جزء و با دقت کامل تقطیر کنید. در این زمان بر اساس نقطه جوش به دست آمده قادر به تفکیک تمامی اجزای متان از یک دیگر خواهید بود و می توانید بر اساس اجزای مختلف، این گاز را در آزمایشگاه تولید کنید.
یکی دیگر از شیوه هایی که برای تولید گاز متان استفاده می شود، تجزیه بی هوازی است. در این روش مواد آلی همچون کودهای شیمیایی، پسماندهای جامد شهری و آب آن ها، مواد قابل تجزیه طبیعی و … به شکل بدون هوا تجزیه می شوند. در این زمان گاز متان تولید خواهد شد و شما می توانید در موارد متعدد آن را مورد استفاده قرار دهید.
نگاهی به ترکیبات متان
شما می توانید از ترکیبات خالص و ناخالص این گاز در صنایع مختلف استفاده کنید. یکی از کاربردی ترین ترکیبات متان، گاز کالیبراسیون P10 است. این گاز با ترکیب 10 درصد از متان با 90 درصد از آرگون تشکیل می شود. این ترکیب معمولا در دستگاه های XRF به کار می رود. یکی دیگر از ترکیبات این گاز، گاز LEL 50 % است که از 2.5% متان در Z-Air یا همان هوای خشک تشکیل می شود. این گاز معمولا در خطوط انتقال گاز، تست های نشت یابی در معادن و … به کار گرفته خواهد شد.
سوختن متان: فرآیند و اثرات آن
سوختن متان به عنوان یکی از سادهترین هیدروکربنها، انرژی زیادی تولید میکند و به همین دلیل به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده میشود. این فرآیند با ترکیب متان و اکسیژن در حضور گرما، دیاکسید کربن و بخار آب تولید میکند. سوختن متان مزایایی چون تولید انرژی پاکتر نسبت به سایر سوختهای فسیلی دارد، اما انتشار گاز کربن دی اکسید میتواند در افزایش اثر گلخانهای نقش داشته باشد. همچنین، اگر این سوخت به درستی بسوزد، مقدار بسیار کمی آلاینده مانند اکسید نیتروژن تولید میکند. درک چرخه کربن برای درک نقش متان در تغییرات آب و هوایی ضروری است. متان به عنوان یک گاز گلخانهای قدرتمند، به گرم شدن کره زمین کمک میکند.
گاز مرداب و ارتباط آن با متان
متان به عنوان گاز مرداب نیز شناخته شده است. این مسئله به این علت است که گاز متان معمولا زمانی که گیاهان در مرداب فاسد می شوند، تولید خواهد شد. در واقع یکی دیگر از روش های تولید این گاز، فساد گیاهان موجود در مرداب است. البته دقت داشته باشید که تمامی مرداب ها قادر به تولید متان نیستند و تنها در 60 الی 70 درصد از مواقع این گاز توسط مرداب ها تولید می شود.
این رقم باعث شده تا گاز متان به عنوان یک سوخت تجزیه پذیر در طبیعت شناخته شود. در صورتی که تولید این گاز کاهش پیدا کند، می توان از طریق مرداب ها میزان تولید گاز را افزایش داد. زمانی که این گاز به صورت بیولوژیک تولید می شود، به صورت ناگهانی میزان آن در طبیعت افزایش پیدا می کند و همین مسئله نیز از کاهش و به پایان رسیدن ذخایر آن جلوگیری می کند.
جذب و جداسازی کربن دی اکسید یکی از راهکارهای مقابله با تغییرات آب و هوایی است. با این حال، کاهش انتشار متان نیز به همان اندازه مهم است، زیرا متان پتانسیل گرمایش جهانی بسیار بالاتری نسبت به کربن دی اکسید دارد.
خطرات مربوط به گاز متان
در برخی مواقع ممکن است ارتباط مستقیم با این گاز برای انسان و سایر موجودات زنده مشکلاتی را ایجاد کند. به شما توصیه می کنیم در زمان استفاده از متان به نکات ایمنی توجه داشته باشید تا دچار مشکل نشوید. از مهم ترین خطرات مربوط به این گاز برای انسان ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ضعف شدید
- ایجاد مسمومیت بر روی پوست
- تنفس شدید و سریع
- ایجاد اختلال در بینایی
- به وجود آمدن مشکلات در تکلم
- حالت تهوع یا استفراغ
- سرگیجه
- کاهش هوشیاری
- اختلال در حافظه
- بیهوشی
- تشنج شدید
- کما
- در برخی موارد نادر مرگ
عوارض گاز متان: خطرات و پیشگیری
در حالی که گاز متان به دلیل کاربردهای متنوعی که دارد، بسیار مفید است، عوارض و خطراتی نیز به همراه دارد:
- خطر خفگی: متان گازی بیرنگ و بیبو است که در صورت نشت در فضاهای بسته، میتواند جایگزین اکسیژن شده و منجر به خفگی شود.
- قابلیت اشتعال بالا: در صورت نشت متان و ترکیب با هوا، احتمال انفجار یا آتشسوزی بسیار بالا میرود.
- اثر گلخانهای: متان یک گاز گلخانهای بسیار قوی است که قدرت گرمایش آن 25 برابر بیشتر از دیاکسید کربن است.
- آلودگی آب و خاک: در صورت نشت از معادن یا خطوط انتقال، متان میتواند به آلودگی آب و خاک منجر شود.
اگرچه متان و گاز کربنیک از نظر ساختار شیمیایی متفاوت هستند، اما هر دو به عنوان آلایندههای هوا شناخته میشوند و بر سلامت انسان و محیط زیست تأثیر میگذارند. افزایش غلظت این گازها در جو، باعث بروز مشکلات تنفسی، افزایش بیماریهای قلبی و عروقی و تخریب لایه اوزون میشود. برای آشنایی بیشتر با مضرات گاز دی اکسید کربن، به صفحه مربوطه مراجعه کنید
راهکارهای کاهش عوارض متان
- نظارت و تعمیر خطوط انتقال گاز برای جلوگیری از نشت.
- استفاده از فناوریهای نوین برای سوزاندن کامل متان و کاهش آلایندهها.
- بهرهگیری از سیستمهای تهویه مناسب در محیطهای صنعتی و خانگی.
متان و دی اکسید کربن هر دو به عنوان گازهای گلخانهای شناخته میشوند، اما پتانسیل گرمایش جهانی متان بسیار بیشتر از CO2 است. به همین دلیل، کاهش انتشار متان در اولویت قرار دارد. در کنار تلاشها برای کاهش انتشار متان، تحقیقات گستردهای در زمینه کاهش گازهای گلخانهای با استفاده از CO2 نیز در حال انجام است.
نحوه حمل و نقل و نگهداری متان
متان به شکل عادی گاز است و نگه داری و حمل و نقل گاز سختی های متعددی دارد. برای ذخیره سازی این گاز معمولا از کربن های فعال استفاده می شود. گاز متان باید در محیطی که تهویه مناسب دارد نگه داری شود. این گاز به هیچ عنوان نباید در معرض تابش مستقیم آفتاب قرار گیرد و محیط نگه داری آن باید کاملا خشک و خنک باشد.
برای نگه داری این گاز معمولا از سیلندرهای تحت فشار در بسته استفاده می شود. دقت داشته باشید که غلظت اکسیژن در محیطی که این گاز نگه داری می شود، نباید بالا باشد. به این علت که اگر غلظت اکسیژن محیط بالا باشد، ممکن است به راحتی انفجار رخ دهد. علاوه بر این، برای جا به جایی و حمل و نقل این گاز، باید از کپسول های مخصوص استفاده کنید.
این کپسول ها باید در نهایت دقت و احتیاط در کنار یک دیگر قرار بگیرند و در زمان جا به جایی با یک دیگر برخورد نداشته باشند. همچنین سعی کنید کپسول های گاز متان را به هیچ عنوان در مجاورت با کپسول های اکسیژن قرار ندهید تا از بروز حادثه و آتش سوزی در محیط جلوگیری کنید.
جمع بندی
گاز متان یکی از پرکاربردترین گازها در طبیعت است. از این گاز به صورت روزمره استفاده می شود. از جمله استفاده های متان می توان به گاز شهری، سوخت، نیروگاه های برق و … اشاره کرد. دقت داشته باشید که این گاز را در کپسول های در بسته و در محیط هایی که غلظت اکسیژن بالایی ندارند نگه داری کنید. در صورتی که متان با اکسیژن در تماس باشد، در کوتاه ترین زمان آتش می گیرد. از طریق کربن بارد می توانید اطلاعات مهمی در مورد متان و سایر گازها به دست آورید و از بروز حادثه در محیط زندگی و محل کار خود جلوگیری کنید.
با کربن بارد، خرید مطمئن را تجربه کنید
