RP-Energie-Lexikon - metán, zemný plyn, bioplyn, močiarny plyn, skládkový plyn, výhrevnosť, skleníkový plyn
Pojem: horľavý plyn, hlavná zložka zemného plynu a bioplynu
Originálna tvorba: 29. 10. 2010; posledná zmena: 20.08.2020
Metán je horľavý plyn zložený z molekúl CH4. Je to najjednoduchší uhľovodík a hlavná zložka zemného plynu, banského plynu a bioplynu. Vzniká najmä vtedy, keď sa biologický materiál rozkladá za neprítomnosti vzduchu, napr. B. vo fermentoroch na bioplyn, ale aj na skládkach (skládkový plyn), močiaroch (močiarny plyn), vlhkých ryžových poliach a v žalúdkoch kráv a iných prežúvavcov. Na určitých morských dnách a v permafrostových oblastiach sa hydrát metánu vyskytuje vo veľkom množstve (tiež metánový ľad), t. J. Metán skladovaný v stuhnutej vode, ktorý môže pri zahrievaní uvoľňovať plynný metán.
| hustota | 0,718 kg/m 3 pri 0 ° C, 1013 mbar |
| Bod topenia | -182 ° C (pri 1013 mbar) |
| bod varu | -162 ° C (pri 1013 mbar) |
| kalorická hodnota | 50,0 MJ/kg = 13,9 kWh/kg, 35,9 MJ/m 3 = 9,97 kWh/m 3 pri 0 ° C, 1013 mbar |
| Kalorická hodnota | 55,5 MJ/kg = 15,4 kWh/kg, 39,8 MJ/m 3 = 11,1 kWh/m 3 pri 0 ° C, 1013 mbar (111% výhrevnosti) |
| spaľovanie | CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Potreba vzduchu (pre λ = 1): 9,55 m 3 na m 3 CH4 Spaľovacie produkty: CO2: 2,74 kg na kg CH4 (197 g/kWh z hľadiska výhrevnosti) H20: 2,25 kg na kg CH4 (162 g/kWh z hľadiska výhrevnosti) |
Metán je bezfarebný a bez zápachu, a preto je ťažko zmiešateľný so vzduchom. Pri vdýchnutí je metán netoxický, s výnimkou vysokých koncentrácií.
Metán horí celkom čisto vzduchom (takmer bez sadzí), aby vytvoril oxid uhličitý a vodnú paru; Ak je však nedostatok kyslíka, môžu sa tvoriť sadze a toxický oxid uhoľnatý. Výhrevnosť a výhrevnosť nájdete v tabuľke vpravo; V pomere k hmotnosti sú hodnoty podstatne vyššie ako u kvapalných palív ako napr B. vykurovací olej.
Zmesi metánu a vzduchu sú výbušné, ak je obsah metánu medzi 4,4 a 16,5 objemových percent. Metán je asi o polovicu ťažší ako vzduch, a preto má tendenciu stúpať vonku, čo je často výhodné z hľadiska bezpečnosti.
Použitie metánu
Metán sa väčšinou používa na výrobu tepla spaľovaním - napr. B. v plynových elektrárňach a kotloch, niekedy aj v spaľovacích motoroch z. B. blokových tepelných elektrární a vozidiel na zemný plyn. Spravidla sa nepoužíva v čistej forme, ale ako hlavná zložka zemného plynu alebo bioplynu.
Metán sa niekedy tiež používa na výrobu vodíka, hlavne na použitie v chemickom priemysle v procese parného reformovania.
Aby sa zabránilo emisiám oxidu uhličitého (CO2) poškodzujúcim klímu počas spaľovania alebo reformovania parou, mohla by sa tiež vykonať pyrolýza metánu, t. H. rozkladajú metán na uhlík a vodík. Uhlík sa potom môže používať neenergeticky, napríklad na výrobu ocele a kompozitných materiálov, zatiaľ čo vodík sa môže použiť ako energetický nosič bez emisií CO2 alebo tiež ako chemická surovina.
Skleníkový efekt metánu
Pretože metán dokáže relatívne efektívne absorbovať infračervené svetlo (tepelné žiarenie) v určitých vlnových dĺžkach (najmä okolo 2,3 μm a 3,3 μm), prispieva k skleníkovému efektu v atmosfére; nazýva sa preto skleníkový plyn. Je to druhý najdôležitejší ľudský skleníkový plyn po oxidu uhličitom.
Metán sa v atmosfére oxiduje na oxid uhličitý a vodu počas niekoľkých rokov (hlavne reakciou s hydroxylovými radikálmi); preto má iba obmedzený polčas okolo 15 rokov. Preto sa jeho skleníkový efekt dá porovnať s účinkom CO2 (ktorý zostáva v atmosfére oveľa dlhšie), ak sa použije určité obdobie. Za predpokladu 100 rokov je napríklad 1 kg metánu asi 21-krát škodlivejšie pre podnebie ako 1 kg CO2 (podľa IPCC). (Takže relatívny potenciál globálneho otepľovania metánu je 21; 1 kg metánu zodpovedá 21 kg ekvivalentov CO2.) Ak sa počíta iba za 20 rokov, potom sú klimatické škody dokonca asi 86-krát vyššie. Objavili sa správy, že škodlivosť pre podnebie sa ešte zvyšuje interakciou s aerosólmi v atmosfére; toto podrobnejšie skúma Medzivládny panel pre zmenu podnebia (IPCC). Pretože všetok metán v atmosfére sa z dlhodobého hľadiska oxiduje na oxid uhličitý, jeho poškodenie podnebia na molekulu je z dlhodobého hľadiska rovnako silné (t. J. Po niekoľkých storočiach); na kilogram to znamená 2,75-krát väčší vplyv na podnebie v dôsledku nižšej hmotnosti molekúl metánu.
Porovnanie založené na molárnych pomeroch by bolo skutočne rozumnejšie, t. J. Efektívne založené na počte molekúl a nie na hmotnosti, pretože to umožňuje napríklad priame porovnanie toho, aký škodlivý je pre podnebie metán na jednej strane a na druhej strane CO2 produkovaný jeho spaľovaním. Pretože molekula metánu je asi 2,75-krát ľahšia ako molekula CO2, vyššie uvedené faktory sa zodpovedajúcim spôsobom znížia. Napríklad jeden mol metánu je približne 86/2,75 = 31-krát škodlivejší pre podnebie ako jeden mol CO2 po dobu 20 rokov. Tým sa drasticky znížia klimatické škody spôsobené spaľovaním metánu.
Dôležitejšie je však predpokladané obdobie pozorovania. Na vyhodnotenie klimatických škôd spôsobených metánom sa často volí pozorovacie obdobie 100 rokov. To je užitočné, ak chcete vziať do úvahy dlhodobé účinky. Naopak, môže byť vhodné oveľa kratšie obdobie pozorovania (20 rokov alebo dokonca 1 rok), ak chceme skúmať účinky na generácie ľudí, ktorí dnes žijú. To je dôležité aj pre otázku, či by v prípade zlyhania ochrany podnebia bolo možné v najbližších desaťročiach dosiahnuť nebezpečné body zvratu klimatického systému. To vedie k oveľa väčšiemu vplyvu metánu na klímu v porovnaní s oxidom uhličitým. Z uvedených dôvodov IPCC v súčasnosti tiež uprednostňuje využitie 20-ročného obdobia.
Rôzne emisie metánu vyrobené človekom, najmä z únikov zemného plynu a chovu hospodárskych zvierat, sú dnes koncentrácie metánu v atmosfére viac ako dvakrát vyššie ako v roku 1750 a naďalej stúpajú (pozri obrázok 1). Metán tak významne prispieva k skleníkovému efektu spôsobenému človekom, druhý je len oxid uhličitý a pred 2 O "> oxid dusný.
V posledných rokoch sa zjavne výrazne zvýšili emisie metánu; presná príčina nie je známa, ale existuje podozrenie na poľnohospodárske zdroje [1]. Na druhej strane by mohli hrať významnú úlohu aj emisie v súvislosti s ťažbou zemného plynu, ktoré je ťažké monitorovať kvôli veľkému počtu elektrární. Tento problém je potrebné objasniť a riešiť, pretože inak by sa dosahovanie medzinárodných klimatických cieľov podstatne viac ohrozilo.
Bioplynové stanice môžu tiež stratiť metán netesnosťami a únikom metánu z plynových motorov a systémov na čistenie plynu. Aj malý metánový sklz môže zvrátiť ekologické výhody zemného plynu alebo bioplynu. Príspevok bioplynu je však v porovnaní s inými zdrojmi malý.
Tvorba ozónu
Samotný metán je zdraviu neškodný. V atmosfére však prispieva k tvorbe prízemného ozónu. Tento dráždivý plyn je podstatnou látkou znečisťujúcou ovzdušie; je škodlivý pre ľudské zdravie a tiež poškodzuje plodiny poľnohospodárskeho a lesného významu. To je ďalší dôvod, prečo by sa emisie metánu mali čo najviac znižovať.
Zdroje emisií metánu v Nemecku
V Nemecku je viac ako polovica celkových emisií metánu (čo je viac ako 2,2 milióna ton ročne) spôsobená poľnohospodárskou fermentáciou (fermentačné procesy v žalúdkoch prežúvavcov) a správou hnoja (hnoj a tekutý hnoj). Dôležitým faktorom je tiež využívanie pôdy, najmä zmeny vo využívaní pôdy, a lesníctvo. Podiel skládok klesá, ale stále je značný.
Naopak, bioplynové stanice spôsobujú relatívne nízke emisie. Môžete dokonca znížiť celkové emisie, ak sa v takýchto systémoch namiesto uvoľňovania metánu do atmosféry fermentujú zvieracie exkrementy. Aby to však bolo možné, musia byť starostlivo navrhnuté, napríklad s plynotesným skladom digestátu - čo je už roky pre nové systémy v Nemecku zákonná požiadavka.
Spotrebitelia môžu hlavne prispieť k zníženiu emisií metánu znížením svojej spotreby hovädzieho mäsa.
Otázky a komentáre čitateľov
V lese okolo môjho domu leží veľa dreva, ktoré hnije. Pri hnilobe vzniká plynný metán. Ak by ste drevo spaľovali, produkovalo by sa z neho hlavne CO2. Moja otázka teraz znie, koľko metánu sa vyprodukuje, keď zhnije 1 meter kubický dreva - a koľko CO2 by sa drevo spálilo. Je lepšie drevo spáliť, alebo z hľadiska politiky v oblasti klímy nechať lepšie zhniť?
Bohužiaľ vám nemôžem poskytnúť nijaké čísla, ale normálne by som predpokladal, že keď drevo v lese hnije, produkuje sa len malé množstvo metánu. To platí väčšinou vtedy, ak k hnitiu nedochádza pri nedostatku kyslíka. V opačnom prípade by napríklad neobhospodarované lesy boli nepriaznivé pre klímu - čo v skutočnosti ani zďaleka nie sú. Iné je, ak je les zatopený, napríklad postavením priehrady, a potom hnije pod vodou.
Tu môžete navrhnúť otázky a komentáre na zverejnenie a zodpovedanie. Autor knihy RP-Energie-Lexikon rozhodne o prijatí podľa určitých kritérií. V podstate ide o to, že záležitosť je predmetom širokého záujmu.
Ak tu získate pomoc, možno budete chcieť láskavosť vrátiť darom, ktorým podporíte ďalší rozvoj energetického slovníka.
Ochrana údajov: Nezadávajte sem žiadne osobné údaje. Aj tak by sme ich nezverejnili a čoskoro by sme ich vymazali. Prečítajte si tiež naše pravidlá ochrany osobných údajov.
Ak potrebujete osobnú spätnú väzbu alebo radu od autora, napíšte mu ho e-mailom.
Odoslaním vyjadrujete súhlas so zverejnením svojich záznamov tu v súlade s našimi pravidlami.
literatúry
| [1] | M. Saunois a kol., „Rastúca úloha metánu v antropogénnych klimatických zmenách“, Environmental Research Letters 11 (12) (2016) |
| [2] | mínus metán, projekt Deutsche Umwelthilfe; Dokument o možnostiach zníženia metánu |
Ak sa vám tento web páči, dajte o tom vedieť svojim priateľom a kolegom - napr. B. prostredníctvom sociálnych médií kliknutím sem:
Tieto tlačidlá zdieľania sú nastavené spôsobom, ktorý je priateľský k ochrane údajov!
Kód odkazov na iné webové stránky
Ak chcete umiestniť odkaz na tento článok inde (napr. Na svoje webové stránky, sociálne médiá, diskusné fóra alebo Wikipedia), kód nájdete tu. Takéto odkazy môžu napr. B. byť veľmi užitočné pre slovné vysvetlenia.
Odkaz HTML na tento článok:
S obrázkom ukážky (pozri rámček priamo nad týmto):
Ak si myslíte, že je vhodné umiestniť na Wikipédiu odkaz, napr. B. v časti „== Webové odkazy ==“:
Mohlo by vás zaujímať:
Spotreba energie a emisie pri výrobe motorovej nafty a benzínu: Ako veľmi na tom záleží?