Метан — природный газ¶

Метан (CH₄) — органическое вещество класса алканов, простейший углеводород; при нормальных условиях бесцветный газ без запаха, в 1,8 раза легче воздуха, горючий. Основная составляющая природного газа (обычно 70–98 % объёма), а также рудничного (шахтного) газа. Широко распространён в природе, используется как энергоресурс и сырьё химической промышленности.

¶Физические и химические свойства

Метан при нормальных условиях (0 °C, 101,3 кПа) — газ с плотностью 0,7168 кг/м³. Точка кипения при атмосферном давлении −161,5 °C, температура плавления −182,5 °C. В воде малорастворим, в органических растворителях растворяется хорошо. Образует с воздухом взрывоопасные смеси в интервале концентраций 5–15 % по объёму.

Химически метан относительно инертен: не реагирует с кислотами, щелочами и большинством окислителей при обычной температуре. Характерные реакции:

• горение в избытке кислорода: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (теплота сгорания около 890 кДж/моль);
• неполное горение с образованием сажи и угарного газа;
• галогенирование (реакция с хлором при освещении — цепной радикальный механизм);
• реакция с водяным паром при 700–1000 °C в присутствии катализатора с образованием синтез-газа (CO + H₂);
• окисление метанолом или кислородом в присутствии катализаторов до формальдегида, уксусной кислоты и других продуктов.

¶Природные источники и добыча

Метан образуется в земной коре при разложении органических остатков под действием высоких температур и давления (нефтяные и газовые месторождения), а также биогенным путём — в болотах, кишечнике жвачных животных, на свалках, при брожении осадков водоёмов.

Крупнейшие в мире по разведанным запасам метансодержащего газа страны — Россия, Иран, Катар, Туркмения. В России основные газодобывающие регионы — Ямало-Ненецкий автономный округ (месторождения «Уренгойское», «Бованенковское», «Ямбургское»), Оренбургская область, Иркутская область («Ковыктинское»). Добыча ведётся преимущественно компанией «Газпром» и её дочерними предприятиями.

Помимо промышленных залежей, метан присутствует в виде газогидратных залежей на шельфе и в вечной мерзлоте — их мировые ресурсы оцениваются в тысячи триллионов кубометров, но промышленная добыча пока не освоена.

¶Биогенный метан

Биогенный метан продуцируют метаногенные археи — микроорганизмы, живущие в бескислородной среде. Основные источники:

• кишечник жвачных животных (коров, овец), где бактерии расщепляют целлюлозу;
• болота и топь, где в анаэробных условиях разлагаются растительные остатки;
• свалки и полигоны ТБО при разложении органических отходов;
• очистные сооружения и навозохранилища.

Биогенный метан используется для получения биогаза — топлива, сжигаемого в генераторах тепла и электроэнергии.

¶Применение

¶Энергетика

Основная часть добываемого метана сжигается для производства тепла и электроэнергии, а также в качестве моторного топлива (сжатый природный газ — CNG, сжиженный природный газ — LNG). Природный газ считается относительно экологичным ископаемым топливом: при его сгорании выбросы CO₂ примерно на 40–45 % ниже, чем при сжигании угля, и почти вдвое ниже, чем у мазута.

¶Химическая промышленность

Метан — сырьё для производства:

• синтез-газа (CO + H₂), из которого синтезируют метанол, аммиак, синтетическое жидкое топливо;
• ацетилена (при пиролизе);
• сажи;
• водорода (реакция с паром);
• винила и других олефинов (в перспективе).

¶Бытовое использование

Природный газ, состоящий преимущественно из метана, подаётся по газопроводам в жилые и промышленные здания для отопления и приготовления пищи. Для бытового использования газ обезвреживается одорантами (тетрагидротиофеном, меркаптанами) с резким запахом, чтобы обнаруживать утечки.

¶Метан в атмосфере и климат

Метан — один из мощных парниковых газов: по данным МГЭИК, его потенциал глобального потепления примерно в 28–34 раза выше, чем у CO₂ за 100 лет. Содержание метана в атмосфере до начала промышленной эры составляло около 700–750 млрд долей, к началу XXI века превысило 1800 млрд долей. Основные антропогенные источники — добыча и транспортировка природного газа и нефти, сельское хозяйство (животноводство, рисоводство), свалки, сжигание биомассы.

¶Безопасность

Утечки метана в замкнутых помещениях опасны: газ вытесняет кислород, вызывая удушье, а смесь с воздухом взрывается при поджигании. Для обнаружения утечек применяют газоанализаторы и одоризацию.

¶История

Метан впервые выделил и описал шотландский химик Джеймс Уатт в 1793 году, а термин «метан» ввёл французский учёный Михаил Лебедев в 1866 году. Систематическое название по номенклатуре ИЮПАК — метан, по тривиальной номенклатуре — метиловый гидрид.

Источники:

• ГОСТ 51.05.15-2013. Газ природный. Технические условия.
• В. А. Рыбченко. Геология углеводородных газов. — М.: Недра, 2000.
• МГЭИК. Отчёт об оценке 2021 года. Раздел: парниковые газы.
• Г. А. Столяров, В. В. Столярова. Химия: учебное пособие. — М.: Высшая школа.
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона.