Метан это: Метан — Что такое Метан?

Метан, Methane — Актуальные публикации на сайте компании «НИИ КМ»

Часто этот взрывоопасный газ называют «болотным». Всем известен его специфический запах, но на самом деле это — специальные добавки «с запахом газа», которые добавляются для того, чтобы его распознать. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов. Помимо всего прочего, этот газ довольно активно участвует в образовании всем известного парникового эффекта.

Метан — газ, обычно связанный с живыми организмами. Когда в атмосферах Марса и Титана обнаружился метан, у ученых появилась надежда на то, что на этих планетах существует жизнь. На Красной планете метана немного, а вот Титан буквально «залит» им. И уж если не для Титана, то для Марса биологические источники метана столь же вероятны, как и геологические.
Метана много на планетах-гигантах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, где он возник как продукт химической переработки вещества протосолнечной туманности. На Земле он редок: его содержание в атмосфере нашей планеты — всего 1750 частей на миллиард по объему (ppbv).

Источники и получение метана

Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH₄. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).

На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.

Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.

Свойства метана

Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м³. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O₂).

Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м². После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.

При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Применение метана

Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.

При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.

Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.

Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т. н. синтез-газа): CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др.  Важное производное метана — нитрометан.

Автомобильное топливо

Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20–25 МПа (200–250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.

Метан и парниковый эффект

Метан является парниковым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана  росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.

Сейчас среднее содержание метана CH₄ в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million, частей на миллион). И, хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO₂), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана — то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей — существенно выше, чем от СО₂. Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов — СO₂, паров воды, метана и некоторых других примесей  средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C.

Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.

Метан – недолговечный, но коварный

РОСНЕФТЬ

Российские нефтегазовые компании активно участвуют в соответствующих программах, задействовав при этом самые современные технологии, включая беспилотники, лазерные и низкотемпературные инфракрасные датчики.

Второй после CO2

Метан является мощным парниковым газом, вторым по значимости после углекислого газа. Согласно данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), он ответственен более чем за 25% потепления, с которым человечество сегодня сталкивается. По оценке НИИ проблем экологии, около 60% выбросов метана носят антропогенный характер, а следовательно, управляемы. Основные источники естественных выбросов — заболоченные территории (60% естественных выбросов), водные объекты (озера, реки, моря и океаны), пожары, ферментация корма в желудках диких жвачных животных и насекомых, оттаивающая многолетняя мерзлота, метангидраты, некоторые другие глубинные геологические источники. С учетом промышленности эмиссия метана оценивается в 540-568 Мт в год. Метан недолговечен: по оценкам МГЭИК, его время жизни в атмосфере составляет 10-12 лет (углекислого газа — более 100 лет).

Всего метана в атмосфере около 5 трлн т, из них ежегодно в результате химических реакций расщепляется около 550 Мт. В итоге средний ежегодный прирост метана в атмосфере оценивается в 0,2% от его общей массы — около 10 Мт.

По сравнению с углекислым газом метан обладает гораздо большим потенциалом улавливания тепла. Воздействие метана на глобальное потепление, по оценке Международного энергетического агентства (МЭА), в 25 раз выше, чем у CO2. Метан также оказывает негативное влияние на качество воздуха, участвуя в формировании приземного озона, его концентрация в атмосфере выросла за последние два столетия более чем вдвое в результате деятельности человека. Виноваты в этом растущее сельское хозяйство (как растениеводство, так и разведение крупного рогатого скота), добыча угля, добыча и распределение нефти и газа, а также захоронение бытовых отходов.

Иными словами, метан наносит климату больший ущерб, но имеет более короткий срок жизни по сравнению с углекислым газом, который улавливает меньшее количество тепла, но делает это постепенно, десятилетие за десятилетием. При этом ключевую роль в борьбе с глобальным потеплением специалисты отводят сокращению выбросов именно метана, поскольку антропогенный вклад человека в его эмиссию может контролироваться с помощью национальных и международных соглашений и ограничений.

Нефтегазовый след

Относительно короткое время жизни метана в атмосфере означает, что целевые стратегии по сокращению его выбросов могут помочь в реализации многих целей в области устойчивого развития и принести пользу для климата в течение ближайших десятилетий.

Согласно данным Коалиции за климат и чистый воздух (CCAC), созданной Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), на долю сельского хозяйства приходится примерно 40% антропогенных выбросов метана, ископаемое топливо является вторым по величине источником, на который приходится примерно 36% эмиссии. Выбросы метана в нефтегазовой отрасли возникают по всей производственной цепочке от добычи до распределения. Данные МГЭИК представлены на диаграмме.

Именно нефтегазовая промышленность — тот сектор экономики, в котором большая часть выбросов может быть сокращена экономически эффективными способами с помощью существующих технологий. Кроме того, у предприятий существует множество стимулов, чтобы внести свой вклад в борьбу с глобальным потеплением: производственные утечки метана являются не только нежелательными и снижающими эффективность бизнеса (например, при добыче газа), но и потенциальными источниками ущерба для репутации.

Контроль прохождения метана по всей производственной цепочке позволит предотвратить до 75% выбросов, причем устранение как минимум трети его потерь окупится, считают специалисты МЭА.

Спутнииковый мониторинг, использование дронов и камер наблюдения помогают бороться с вредными утечками метана по всему миру. Спутники и раньше обнаруживали большие шлейфы метана, но до недавнего времени полученные изображения были не более чем нечетким пятном выбросов на обширной территории. Прорыв произошел в 2017 г., когда Европейское космическое агентство запустило спутник Sentinel-5 Precursor, позволивший получать более точные изображения глобальных утечек.

Технологии и проекты по обнаружению выбросов метана продолжают развиваться: в ноябре на международной конференции по климату СОР27 в Шарм-эль-Шейхе ООН объявила о запуске общедоступной базы данных глобальных утечек, которые фиксируются спутниками. Задача системы, получивший название MARS, — сообщать о собранных данных компаниям и правительствам, а также другим заинтересованным сторонам для ускоренного принятия мер. Чтобы удержать рост глобальной температуры на уровне 1,5 °C, крайне важно бороться с выбросами метана. Они часто достигают пика в определенных областях в течение ограниченного периода времени, например в энергетическом секторе из-за утечек, сброса и сжигания в факелах. Раннее обнаружение этих пиков позволит быстрее реагировать на них.

Российский вклад

На территории России на сегодняшний день действует около полутора десятков пунктов, на которых регулярно проводятся измерения содержания метана в околоземных слоях атмосферы. Помимо стационарных пунктов, в 1995-2010 гг. для измерений использовалась передвижная лаборатория TROICA Института физики атмосферы РАН, было произведено 14 экспериментов, охвтивших практически всю страну от Москвы до Дальнего Востока. Периодически мониторинг содержания метана в атмосфере осуществляется над Западной Сибирью (самолетные измерения), в акватории моря Лаптевых и на прилегающей территории (наблюдения с судов и вертолетов). В российской Арктике размещено около полутора десятков метеостанций, в круг исследований которых входит и мониторинг атмосферного метана.

Оценки выбросов могут отличаться из-за различий в методологиях расчета, но все они сходятся в том, что динамику выбросов метана в России определяет именно нефтегазовая отрасль. Согласно подсчетам Росгидромета, выбросы метана от операций с нефтью и газом, начиная с 2000 г., стабильно составляют около 40% от его общей промышленной эмиссии.

Россия на национальном и корпоративном уровнях участвует в добровольных международных инициативах по сокращению выбросов метана. В 2004 г. страна присоединилась к Глобальной инициативе по метану (GMI), а в 2014 г. вступила в CCAC. Крупнейшие российские нефтегазовые компании в экологических отчетах публикуют данные о выбросах метана и стремятся к их сокращению. В 2019 г. крупнейшая нефтегазовая компания России «Роснефть» подписала «Руководящие принципы по снижению выбросов метана в производственно-сбытовой цепочке природного газа». Эта международная инициатива предусматривает последовательное снижение выбросов метана, улучшение показателей в части управления его выбросами в производственно-сбытовой цепочке, повышение точности данных о выбросах, продвижение рациональной политики и нормативно-правового регулирования выбросов метана, а также повышение прозрачности отчетности.

На добывающих предприятиях «Роснефти» в рамках стратегии «Роснефть-2030» реализуется комплексная программа по обнаружению и устранению неорганизованных источников эмиссии парниковых газов, в том числе метана. Одна из среднесрочных климатических целей компании — снижение интенсивности выбросов метана до значения менее 0,2% к 2030 г. Долгосрочная стратегическая цель «Роснефти» — достичь углеродной нейтральности по охватам Scope 1 (прямые выбросы) и Scope 2 (косвенные выбросы) к 2050 г. Идентифицировать и локализовать источники эмиссии метана позволяет сочетание наземного мониторинга с исследованием источников при помощи беспилотников. Исследования проводились дважды в год, всего было обследовано более 500 объектов на производственных площадках суммарной площадью свыше 123 кв. км, а также около 4800 км газопроводов. В «Роснефти» считают, что мониторинг помимо контроля эмиссии метана позволил дополнительно повысить уровень целостности нефтегазотранспортной инфраструктуры и объектов подготовки углеводородов с точки зрения промышленной безопасности. Что касается наземного мониторинга, на производственных площадках 20 предприятий было обследовано более 280 объектов.

Применение всей линейки передовых технологических решений для обнаружения утечек метана дает возможность определить источник и его причину, выработать комплекс мер по устранению и ликвидировать даже незначительные отклонения от строгих стандартов эксплуатации нефтегазовых месторождений.

В этом году компания расширила географию применения БПЛА, а также практику наземных обследований с использованием передовых систем обнаружения утечек метана и других легких органических соединений. Если в 2019 г. пилотные исследования проводились в трех добывающих обществах, то в 2022 г. они были масштабированы на 20 предприятий, в 2023 г. ими будет охвачена вся нефтегазодобыча «Роснефти». Для обследования добывающей инфраструктуры используются лазерные и ультразвуковые детекторы, причем лазерные способны определять наличие метана в атмосфере, а ультразвуковые — находить утечки газа под давлением. Мультиспектральные инфракрасные камеры оптической визуализации газов используют криотехнологии: детекторы этих камер охлаждаются до 180-210 °C, это позволяет существенно снизить количество помех и с высокой точностью визуализировать наличие метана.

Для повышения эффективности работы по достижению целей сокращения углеродного следа специалистами «Роснефти» разработаны учитывающая международные стандарты методика количественной оценки объема эмиссии метана от утечек на объектах добычи углеводородов и типовая программа мероприятий по обнаружению неорганизованных источников эмиссии.

Последние несколько лет стали самыми теплыми на Земле за всю историю наблюдений. Деятельность «Роснефти» по мониторингу и снижению выбросов метана полностью соответствует цели устойчивого развития ООН № 13 «Принятие срочных мер по борьбе с изменением климата и его последствиями». Ее достижение возможно только при высоком уровне сотрудничества правительств, общественных организаций и бизнеса.-

Биогаз | Описание, производство, использование и факты

Связанные темы:

биотопливо
метан
Возобновляемая энергия
свалочный газ

См. весь связанный контент →

биогаз , природный газ, образующийся при разложении органических веществ анаэробными бактериями и используемый для производства энергии. Биогаз отличается от природного газа тем, что это возобновляемый источник энергии, получаемый биологически путем анаэробного сбраживания, а не ископаемое топливо, получаемое в результате геологических процессов. Биогаз в основном состоит из газообразного метана, двуокиси углерода и следовых количеств азота, водорода и окиси углерода. Он встречается естественным образом в компостных кучах, в виде болотного газа и в результате кишечной ферментации у крупного рогатого скота и других жвачных животных. Биогаз также можно производить в анаэробных реакторах из растительных или животных отходов или собирать на свалках. Он сжигается для выработки тепла или используется в двигателях внутреннего сгорания для производства электроэнергии.

Использование биогаза является экологически чистой технологией, приносящей пользу окружающей среде. Биогазовая технология позволяет эффективно использовать накопленные отходы животноводства от производства продуктов питания и твердые бытовые отходы от урбанизации. Преобразование органических отходов в биогаз снижает производство метана, вызывающего парниковый эффект, поскольку при эффективном сгорании метан заменяется двуокисью углерода. Учитывая, что метан почти в 21 раз эффективнее удерживает тепло в атмосфере, чем углекислый газ, сжигание биогаза приводит к чистому сокращению выбросов парниковых газов. Кроме того, производство биогаза на фермах может уменьшить количество запахов, насекомых и патогенов, связанных с традиционными запасами навоза.

Отходы животных и растений могут быть использованы для производства биогаза. Они перерабатываются в анаэробных метантенках в виде жидкости или суспензии, смешанной с водой. Анаэробные варочные котлы обычно состоят из держателя источника сырья, бака для брожения, установки для извлечения биогаза и теплообменников для поддержания температуры, необходимой для бактериального брожения. Небольшие бытовые варочные котлы объемом всего 757 литров (200 галлонов) можно использовать для обеспечения топливом для приготовления пищи или электрического освещения в сельских домах. По оценкам, миллионы домов в менее развитых регионах, включая Китай и некоторые районы Африки, используют бытовые котлы в качестве возобновляемого источника энергии.

Крупномасштабные варочные установки для ферм хранят жидкий или жидкий навоз сельскохозяйственных животных. Основными типами варочных котлов на фермах являются варочные котлы с закрытым отстойником, варочные котлы с полной смесью для навозной жижи, варочные котлы с поршневым потоком для молочного навоза и сухие варочные котлы для навозной жижи и пожнивных остатков. В метантенках обычно требуется тепло для поддержания постоянной температуры около 35 ° C (95 ° F), чтобы бактерии могли разлагать органический материал на газ. Эффективный метантенк может производить 200–400 кубических метров (7 000–14 000 кубических футов) биогаза, содержащего 50–75 процентов метана, на тонну сухих входных отходов.

Естественное разложение органического вещества на свалке происходит в течение многих лет, и образующийся биогаз (также известный как свалочный газ) может собираться из ряда взаимосвязанных труб, расположенных на различной глубине свалки. Состав этого газа меняется в течение срока службы полигона. Как правило, через год газ состоит примерно из 60 процентов метана и 40 процентов углекислого газа. Сбор на свалку варьируется в зависимости от процентного содержания органических отходов и возраста объекта, средний энергетический потенциал составляет около 2 гигаджоулей (1,895 634 БТЕ) на тонну отходов.

Системы сбора свалочного газа все чаще применяются для предотвращения взрывов из-за накопления метана внутри свалки или для предотвращения утечки метана, парникового газа, в атмосферу. Собранный газ можно сжигать на месте или рядом с ним в печах или котлах, но вместо этого он часто используется в двигателях внутреннего сгорания или газовых турбинах для выработки электроэнергии, учитывая ограниченную потребность в производстве тепла на большинстве удаленных свалок.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Кристофер А. Бадурек

Бутан | химическое соединение | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.