استخدامات غاز الميثان في حياتنا

ما هو غاز الميثان

: “الميثان” هو غاز عديم اللون والرائحة والذي يعرف أيضا باسم “غاز المستنقعات” أو “هيدريد الميثيل”. وزن الميثان أخف من الهواء، كما أنه قابل للذوبان في الماء بشكل طفيف فقط، ويحترق بسهولة في الهواء ليكون ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. تبلغ نقطة غليان الميثان -162 درجة مئوية، أي ما يعادل (-259.6 درجة فهرنهايت)، ونقطة الانصهار هي -182.5 درجة مئوية، أي ما يعادل (-296.5 درجة فهرنهايت). يعد الميثان من أبسط أنواع الألكانات (الهيدروكربونات)، ومن الممكن معه الإيثان أيضا، ويختلف الأمر بينهما بشكل يعتمد على الفرق بين الميثان والإيثان. تتعدد استخدامات غاز الميثان في حياتنا بشكل كبير، وسيتم تناول استخداماته بالتفصيل

غاز الميثان هو واحد من الغازات الدفيئة، وصيغته الكيميائية (CH4)، ويتكون من رابطة سيجما، ويؤثر غاز الميثان بشكل أكبر على ظاهرة الاحتباس الحراري من غاز ثاني أكسيد الكربون، ولكنه يبقى في الجو لمدة قصيرة تقريبا 9 سنوات فقط قبل أن يتحول بفعل التفاعلات الكيميائية إلى غاز ثاني أكسيد الكربون وماء

يسبب الغاز الميثان الطبيعي الموجود تحت الأرض انفجارات كارثية في المناجم ومنصات النفط، حيث يمكن أن يكون الغاز الميثان قابلا للانفجار عند مزجه مع مواد كيميائية أخرى بنسب منخفضة تصل إلى 5٪. إذا شممت رائحة “البيض الفاسد” الكريهة في مكان ما، فقد تكون نسبة الغاز الميثان عالية بما يكفي ليكون قابلا للانفجار. يمكن أن يكون الغاز الميثان قاتلا عندما يكون تركيزه مرتفعا إذا اشتعل.

استخدامات غاز الميثان في الحياة اليومية

يتم استخدام غاز الميثان بشكل كبير في حياتنا، ويعتبر مهمًا في العديد من الجوانب الحياتية والاعتماد عليه، وتشمل هذه الجوانب ما يلي:

• يتم استخدام غاز الميثان بشكل أساسي كوقود لتوليد الحرارة والضوء، بالإضافة إلى استخدامه في تصنيع المواد الكيميائية العضوية.
• يتم استخدام غاز الميثان في تحضير العديد من المركبات العضوية، مثل مركب الكلوروفورم ومركب رابع كلوريد الكربون، الذي يستخدم كمادة مذيبة أو في إطفاء النيران.
• يستخدم غاز الميثان في العديد من الصناعات التي نحتاجها في حياتنا اليومية، مثل صناعة البلاستيك وصناعة النايلون وصناعة الكحول ومادة الفورمالديهايد
• يتم استخدام غاز الميثان لتوليد الطاقة من خلال عملية الاحتراق، فكل كيلو من غاز الميثان يولد لنا 13300 سعرة حرارية، والتي تعادل 55594 جول.
• يتم استخدام غاز الميثان في إنتاجمركب كيميائي يسمى مركب النيتروميثان، وهو سائل لزج لا رائحة له يستخدم في تصنيع الأدوية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.
• يتم استخدام غاز الميثان في غاز الطهي بنسبة 90٪ مع عدد من الغازات الأخرى
• يستخدم حوالي 80% من الغاز الطبيعي كوقود.
• يستعمل غاز الميثان في تصنيع الغاز الاصطناعي.
• يتم استخدام غاز الميثان الذي يتواجد في الغاز الطبيعي كمصدر للطاقة أثناء الطهي، ويستخدم أيضًا في تدفئة المنازل أو تبريدها.
• يتم استخدام غاز الميثان الناتج عن عملية الاحتراق التي تستخدم في تجفيف منتجات بعض الشركات، لإزالة الرطوبة والتعقيم.
• يستخدم غاز الميثان في صناعة الهيدروجين، والذي يتم استخدامه في العديد من الصناعات، كما يعتبر من أهم العناصر في تركيب مادة الكحول، وبالتالي يعتبر عنصراً أساسياً في تركيب كحول الميثان.
• يتم استخدام غاز الميثان في صناعة حمض الهيدروكلوريك الذي يستخدم في المعامل.
• يستخدم غاز الميثان في صناعة الأمونيا عن طريق خلطه مع مركب الهيدروجين.
• يتم استخراج الكربون الأسود منه، والذي يستخدم في أحبار الطباعة ويستخدم كعامل تقوية في المطاط المستخدم في إطارات السيارات

كيف ينتج غاز الميثان

يتم إنتاج غاز الميثان في شكلين أساسيين، إما بصورة طبيعية أو عن طريق التصنيع، وهذه الطرق هي كما يأتي:

المصادر الطبيعية لغاز الميثان

تعتبر الأراضي الرطبة المصدر الطبيعي الرئيسي لغاز الميثان الذي ينتج عن تحلل المواد النباتية تحت الماء بواسطة البكتيريا اللاهوائية. كما يوجد مصادر طبيعية أخرى هامة لإنتاج الميثان مثل النمل الأبيض الناتج عن عملية الهضم والبراكين وفتحات في قاع المحيط ورواسب هيدرات الميثان التي تحدث على طول الحواف القارية وتحت جليد أنتاركتيكا والتربة المتجمدة في القطب الشمالي. كما أن الميثان هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي الذي يحتوي على نسبة تتراوح بين 50 إلى 90 في المائة من الميثان (حسب المصدر)، ويستخدم كمكون لموقد الغاز القابل للاشتعال على طول طبقات الفحم

المصادر البشرية لغاز الميثان

يعد إنتاج واحتراق الغاز الطبيعي والفحم من أهم مصادر الميثان البشرية، حيث أن استخراج ومعالجة الغاز الطبيعي والتقطير المدمر للفحم في تصنيع غاز الفحم وغاز الأفران يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من الميثان في الغلاف الجوي، يوجد أيضًا العديد من الأنشطة البشرية الأخرى التي تساعد على إنتاج غاز الميثان مثل: حرق الكتلة الحيوية، إدارة النفايات.

يمكن أيضا إنتاج الميثان عن طريق تربية الماشية، حيث تنتج تربية الماشية 90 مليون طن من الميثان سنويا، وأثناء تربية الحيوانات المجترة مثل الأبقار والأغنام والماعز للحصول على الغذاء، يتم إصدار 27٪ من انبعاثات غاز الميثان البشرية نتيجة التخمر المعوي لحيوانات المزرعة

أثناء عملية الهضم الطبيعية، يتم إفراز كميات كبيرة من غاز الميثان، حيث يحدث التخمر المعوي نتيجة للكائنات الحية الدقيقة في معدة هذه الحيوانات. ينتج عن ذلك غاز الميثان كمنتج ثانوي، وإما يتم تجشؤه من الحيوان أو يتم إطلاقه عبر غازات البطن. وهذا هو السبب في أن لحومنا التي نتناولها يوميا لها تأثير كبير على إجمالي انبعاثات الميثان

معادلة تحضير غاز الميثان في المختبر

تحضر الميثان في المعمل بتقطير ملح أسيتات الصوديوم اللامائية مع الجير الصودي، والتفاعل الخاص به هو المعادلة الكيميائية

طريقة تحضير غاز الميثان في المعمل كما يأتي:

• يتم خلط مسحوق أسيتات الصوديوم مع أربعة أضعاف كمية الجير الصوديوم.
• يتم وضع المزيج في أنبوب زجاجي قوي يحتوي على أنبوب توصيل ويتم تسخينه.
• عند تسخين محتويات الأنبوب، يتم إنتاج غاز الميثان الذي يتم جمعه عن طريق إخراج الماء.

مخاطر غاز الميثان

إذا تواجد غاز الميثان في الغلاف الجوي القريب من الأرض فهو بذلك يعد من الملوثات الخطيرة للبيئة، فقد يتسبب وجوده في العديد من الإصابات بالأمراض التنفسية، كما أنه قد يلحق الضرر بالمحاصيل الزراعية، وذلك لأن غاز الميثان وبعض الغازاتٍ الأخرى، مثل: ثاني أكسيد الكربون، وأكسيد النيتروز وغيرها، من الغازات الدفيئة التي تحتبس الحرارة المرتدّة عن سطح الأرض في الغلاف الجويّ، وهذه الغازات تُحدث تغيُّراتٍ في مناخ الكرة الأرضيّة؛ حيث تؤدِّي زيادة تركيزها في الغلاف الجويِّ إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض بشكلٍ عامّ، ويُعدّ غاز الميثان غازاً شديد الخطر؛ حيث إنّ قدرته على تسخين الغلاف الجويّ تفوق تأثير غاز ثاني أكسيد الكربون بخمسٍ وعشرين مرّةً.

يسبب التعرض لغاز الميثان العديد من الأضرار على الإنسان، مثل:

• الاختناق.
• فقدان الوعي.
• استفراغ وغثيان.
• فقدان التنسيق.
• زيادة معدل التنفس.
• يوجد مشاكل في القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي والعصبي
• فقدان الذاكرة والاكتئاب.
• يمكن أن يؤدي إلى تطور الصرع والتهاب الرئة ورهاب الأماكن المغلقة.
• التنميل.
• مشاكل في الرؤية.
• يمكن أن تتسبب ملامسة الجلد أو العين للميثان السائل في قضمة الصقيع

هل غاز الميثان سام

يحمل غاز الميثان العديد من المخاطر والأضرار المذكورة سابقا، وعلى الرغم من كونه خطيرا، إلا أنه ليس ساما، وليس هناك دراسات أو معلومات تثبت كونه ساما، حيث تعمل السموم عن طريق التأثير الكيميائي على الجسم، وتوقف عملية التمثيل الغذائي الطبيعي في جسم الإنسان أو التدخل فيها، ومع ذلك، فإن الميثان لا يحمل هذا التأثير، ولا يكون ساما عند استنشاق بعضه، ما لم يكن هناك كمية كافية من غاز الأكسجين في الهواء، ولكي يظل الشخص على قيد الحياة، يجب ألا يقل مستوى الأكسجين عن 19.5٪

على الرغم من أن غاز الميثان ليس سامًا، إلا أنه شديد الانفجار ويمكن أن يتسبب في الوفاة بالاختناق، لذا من المهم فهم كيفية التعامل مع المخاطر المرتبطة بغاز الميثان أثناء استخدامه كمصدر للطاقة.