ما هو غاز الميثان ومن اين يستخرج وما هي فوائده وفيما يستخدم؟

الميثان وهو مركب كيميائي يعد أبسط الهيدروكربونات، وهو غاز له الصيغة الكيميائية CH4. الميثان النقي ليس له رائحة، ولكن عند استخدامه تجاريا يتم خلطه بكميات ضئيلة من مركبات الكبريت ذات الرائحة المميزة مثل إيثيل مركبتان، مما يمكن من تتبع أثار الميثان في حالة حدوث تسريب.
وكمكون رئيسي للغاز الطبيعي فإن الميثان أحد أنواع الوقود المهمة. وحرق جزيء واحد من الميثان في وجود الأكسجين ينتج جزيء من ثاني أكسيد الكربون CO2 وجزيئين من الماء H2O.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
الميثان أيضا أحد غازات الانحباس الحراري وله فدرة على تسخين الجو 25 مرة أشد من تأثير ثاني أكسيد الكربون.
مصادر الميثان
* المصادر الطبيعية
يتم استخراج الميثان من الرواسب الجيولوجية حيث يكون مصاحبا لأنواع الوقود الهيدروكربوني الأخرى. كما يمكن الحصول عليه من المصادر الطبيعية:
* تحلل المخلفات العضوية.
* المصادر الطبيعية: المستنقعات 23%
* وقود حفريات 20%
* عملية الهضم في الحيوانات (ماشية) 17%
* قاع البحر توجد كميات ضخمة من الغاز الطبيعي متجمدة تحت قاع البحر. ويقدر الخبراء أن احتياطي هيدرات الميثان الموجودة تحت قاع محيطات وبحار العالم، تبلغ حوالي 3000 غيغاطن، أي حوالي 3 مليار كيلوغرام. وهذا بدوره يعادل ضعف احتياطيات الطاقة المتوفرة في جميع المصادر التقليدية للطاقة كالفحم والنفط والغاز الطبيعي. لذا تتجه بعض الدول مثل الصين واليابان وكوريا الجنوبية والهند والبرازيل والولايات المتحدة، إلى استخراج هيدرات الميثان من أعماق البحار لسد حاجتها المتزايدة من الطاقة.
تمثل عمليات الهضم في الحيوانات 17% من انبعاثات الميثان
* البكتريا التي تتواجد أثناء زراعة الأرز.
* تسخين أو حرق الكتلة الحيوية لاهوائيا.
60% من الانبعاثات التي تنتج الميثان ناتجة من الأنشطة البشرية, وخاصة الأنشطة الزراعية. وخلال 200 سنة السابقة, تضاعف تركيز الغاز في الغلاف الجوي من 0.8 إلى 1.6 جزء في المليون.
كما أن الميثان يصنف على أنه كتلة حيوية لأنه يمكن أن ينتج من الحرق اللاهوائي لبعض المواد العضوية.
المصادر الصناعية
* يمكن تصنيع الميثان واستخدامه صناعيا وذلك عن طريق التفاعلات الكيميائية مثل تفاعل ساباتيه (Sabatier reaction) أو عملية فيشر-تروبش (Fischer-Tropsch process).
* وطبقا لتقديرات أحد المصادر فإن الميثان الموجود في شكل رسوبي في المحيط يقدر بعشرة ألآف مليار طن.[1] وتقترح النظريات أن هذه الكميات الضخمة من الميثان يمكن أن تنطلق فجأة مرة أخرى، وتسبب ارتفاعا في درجات الحرارة.
تفاعلات الميثان
الاحتراق
يوجد عديد من الخطوات عند احتراق الميثان: يتحول الميثان إلى الجذر ميثيل CH3، والذي يتحول إلى فورمالدهيد (HCHO أو H2CO). ويتحول الفورمالدهيد إلى الجذر فورمال HCO, والذي بدوره يكون أول أكسيد الكربون CO. وهذه العملية يطلق عليها تحلل حراري تأكسدي:
CH4 + O2 → CO + H2 + H2O
بعد عملية انحلال حراري تاكسدية يتأكسد H2 مشكلاً H2O، ويطلق حرارة. ويحدث هذا بسرعة جدا، في وقت أقل من ميلي ثانية.
H2 + 1⁄2 O2 → H2O
وأخيرا، يتأكسد CO ليكون CO2 وينطلق مزيد من الحرارة. وهذه العملية أبطأ الخطوات وتحتاج بضع ميلي ثواني لتكتمل:
CO + 1⁄2 O2 → CO2
تنشيط الهيدروجين
إن الرابطة التساهمية القوية بين الكربون-الهيدروجين في الميثان هي واحدة من أقوى الروابط الهيديروجينية، وعلى ذلك فإن استخدامها كمادة اولية في صناعة البتروكيمياويات محدود. ولايزال البحث جاريا عن عامل حفز مناسب لتكسير الرابطة بين C-H في الميثان والألكانات المنخفضة الأخرى.
الهلجنة
يتفاعل الميثان مع الهالوجينات المختلفة حسب المعادلة العامة:
CH4 + X2 → CH3X + HX

الميثان خارج الكرة الأرضية
يعتقد ان الميثان تم تحديد وجوده في أماكن عديدة في النظام الشمسي. ويعتقد أنه تكون خلال العمليات الغير عضوية التي كانت تصاحب تطور النظام الشمسي.
* كوكب المشتري؛ يحوي غلافه الجوي على 0.3 % ميثان.
* كوكب المريخ؛ يحوي 10 جزء من البليون. (10 ppb)
* كوكب زحل؛ يحوي غلافه الجوي على 0.4 % ميثان.
o قمر أيابيتوس
o قمر تيتان
* كوكب نيبتون
o قمر تريتون
* كوكب أورانوس
o قمر أريل
o قمر ميرندا
o قمر أوبيرون
o قمر تيتانيا
o قمر أمبريل
* مذنب هالي
* مذنب هياكوتاكي
كما توجد أثار لغاز الميثان في طبقة رقيقة على القمر التابع للأرض. كما أن هناك بعض الاكتشافات حول وجود الميثان في السحابات الموجودة بين النجوم.
استخدامات الميثان
* تحضر منه الكثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون الذي يستخدم في اطفاء الحرائق وكمذيب أيضا، كما يدخل في صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحولات والفورمالدهيد.
* يكون حوالي 80%من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
* يستخدم في الاحتراق للحصول على الطاقة، فالكيلو جرام منه يعطي 13300سعر ما يعادل 55594 جول.
* يحضر منه النيتروميثان الذي يستخدم في عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.
* يستخدم في تحضير غاز الاصطناع.
* غاز الطبخ أو الغاز الطبيعي يتكون 90% من غاز الميثان مع عدد اخر من غازات أخرى.
* الألكانات. أحد أنواع الهيدروكربونات والتي يكون الميثان أبسط أعضائها.
* كلاثيرات ميثان, نوع من أنواع الثلج يحتوى على الميثان.
* ميثانوجين, عتائق ينطلق منها الميثان كمنتج ثانوي أثناء عمليات الأيض.
* تصنيع ميثان تكون الميثان بواسطة الميكروبات.
* ميثانوتروف, نوع من أنواع البكتريا التي تستخدم الميثان كمصدر وحيد للكربون والطاقة.
* مجموعة ميثيل, مجموعة فعالة تشبه الميثان.
وفي غزة حيث يعاني سكانها من نقص الوقود ومصادر الطاقة، تمكن باحث فلسطيني من استخراج غاز من المواد العضوية، قال عن ابتكاره الجديد: إن فكرة إنتاج الغاز تقوم على تخمير المادة العضوية التي قد تكون مياه صرف صحي أو روث حيوانات أو بقايا المطبخ وغيرها، حيث تخلط هذه المواد بالماء وتعزل تماماً عن الهواء الخارجي لتتخمر في فترة زمنية تتراوح بين 10-14 يوماً، حيث تقوم البكتيريا غير الهوائية بإنتاج غاز الميثان. وتابع: إن لهذه الطريقة مزايا عديدة، فبالإضافة لكونها اقتصادية لقلة تكاليفها وبساطة عملية إنتاجها فهي أيضاً صديقة للبيئة. ويتم إعداد المادة العضوية بمعزل عن الهواء مما يؤدي إلى توفير الأكسجين والمحافظة على عدم تلوثه. ويعدد الباحث، وهو محمد. م، مزايا ابتكاره بقوله: هذه الطريقة تقضي على البكتيريا والجراثيم الضارة؛ لأنها تموت في وضع التخمر، وبالإضافة لذلك فإن بقايا عملية التخمر المترسبة تستخدم كسماد هو الأجود للنبات. وعن طبيعة الغاز الناتج من عملية التخمر، أكد الباحث انه غاز أمين للاستعمال البيتي؛ لأنه أقل انضغاطاً من الغاز المستعمل حالياً، مضيفا: لا توجد خطورة من انفجاره. وقال: أنا منشغل الآن بالسعي لتحويل اعتماد بيتي بشكل كامل على الغاز الحيوي، وأعتزم مستقبلاً إصدار كتيب لشرح هذه التقنية بأسلوب مبسط وتوزيعه على المواطنين للاستفادة منه.