الغاز هو أحد الغازات التي تساهم أكثر من غيرها في زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري والاحترار العالمي الميثان. وهو غاز عديم الرائحة وعديم اللون وغير قابل للذوبان في الماء. تركيبته الكيميائية هي CH4 وعلى الرغم من أنها ليست سامة، إلا أنها شديدة الاشتعال. ويتمتع هذا الغاز بقدرة كبيرة على الاحتفاظ بالحرارة في الغلاف الجوي، مما يجعله أحد المسؤولين عن زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري والاحتباس الحراري.
سنشرح لكم في هذا المقال جميع خصائص ووظائف وعواقب غاز الميثان في الغلاف الجوي، واستخداماته في القطاعات المختلفة، وكيفية استخراجه وما هو تأثيره على تغير المناخ.
الملامح الرئيسية
غاز الميثان هو هيدروكربون ألكاني، وهو أبسط فئته. يتكون جزيء الميثان من ذرة كربون تربط أربع ذرات هيدروجين من خلال روابط تساهمية. هذا الهيكل يجعل الميثان عديم اللون والرائحة في حالته الطبيعية، فضلا عن كونه مستقر كيميائيا للغاية.
على الرغم من استقراره، إلا أن الميثان في الغلاف الجوي له تأثير قوي على ظاهرة الاحتباس الحراري. وقدرته على الاحتفاظ بالحرارة أكبر بما يصل إلى 25 مرة من قدرة ثاني أكسيد الكربون (CO2) على مدى 100 عام. ومع ذلك، فإن نصف عمره في الغلاف الجوي أقصر بكثير، حوالي 10 إلى 15 سنة.
ينشأ هذا الغاز من مصادر مختلفة، بعضها طبيعي والبعض الآخر من صنع الإنسان. ومن بين المصادر الطبيعية، تعتبر الأراضي الرطبة والتربة الصقيعية والمحيطات مسؤولة عن إطلاق كميات كبيرة من غاز الميثان أثناء تحلل المواد العضوية في الظروف اللاهوائية.
من وجهة نظر السلامة، على الرغم من أن الميثان غير سام، إلا أنه يمكن أن يصبح خطيرًا عندما يحل محل الأكسجين، مما قد يسبب الاختناق في الأماكن الضيقة. علاوة على ذلك، فإن قدرته القابلة للاشتعال تجعله غازًا يتطلب معالجة دقيقة في الصناعات التي تستخدمه.
كيفية استخدام غاز الميثان
أصبح الميثان، بسبب وفرته وسهولة استخراجه، عنصرا أساسيا في العديد من الأنشطة الصناعية والمنزلية. وتتمثل استخداماته الرئيسية في قطاعات مثل إنتاج الطاقة والصناعة الكيميائية والنقل، بالإضافة إلى استخدامه في القطاع المنزلي للتدفئة والطهي.
إنتاج الطاقة: والميثان هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي ويستخدم لتشغيل توربينات الغاز وتوليد الكهرباء. وبفضل قدرته الحرارية العالية، يعتبر استخدامه في توليد الطاقة فعالا، على الرغم من أنه يعتبر من الوقود الأحفوري غير المتجدد.
وقود المركبات: يستخدم الميثان في المركبات على شكل غاز طبيعي مضغوط (CNG) وغاز طبيعي مسال (LNG). تعتبر أنواع الوقود هذه بدائل أنظف للمشتقات الأحفورية الأخرى مثل البنزين والديزل، مما يقلل من انبعاثات الكربون.
الصناعة الكيميائية: وفي هذا القطاع، يعتبر الميثان مادة خام أساسية لإنتاج مركبات مثل الميثانول والأمونيا والهيدروجين. بالإضافة إلى أنها تشارك في صناعة الأسمدة والبلاستيك والمنتجات الكيماوية المستخدمة في العمليات الصناعية المختلفة.
استخدام محلي: في العديد من المنازل، يستخدم الميثان كوقود للأفران والمواقد وأنظمة التدفئة. وقد سمح نقله على شكل غاز مسال للمناطق الريفية والمحيطية بالوصول إلى مصدر الطاقة هذا دون الحاجة إلى منشآت الغاز واسعة النطاق.
استخراج الميثان
يتم الحصول على الميثان بشكل رئيسي من خلال استخراج الغاز الطبيعي. غالبًا ما توجد رواسب الغاز الطبيعي في طبقات تحت الأرض، ويتطلب استخراجها طرقًا متخصصة مثل الحفر عميقًا في الصخور.
وللتعرف على هذه الرواسب، يتم استخدام تقنيات زلزالية تتيح لنا معرفة تركيبة باطن الأرض. ومن بين الطرق الأكثر شيوعًا الانفجارات الخاضعة للرقابة، والتي تولد موجات زلزالية. وتعتبر المعلومات التي يتم الحصول عليها من هذه الموجات أساسية لتحديد وجود الغاز الطبيعي والميثان في باطن الأرض.
وبمجرد اكتشاف الحقل، يمكن نقل الغاز المستخرج عبر خطوط الأنابيب أو تخزينه على شكل غاز مسال لسهولة نقله. كما يستخدم لتعبئة أسطوانات الغاز التي يتم توزيعها في المناطق النائية.
وبالإضافة إلى الاستخراج تحت الأرض، بدأ استخدام غاز الميثان المنبعث من مدافن النفايات وتحلل النفايات العضوية في المزارع، وهو ما يعرف بالميثان الحيوي. وتتكون هذه العملية من احتجاز الميثان الناتج عن تحلل المواد العضوية في الظروف اللاهوائية، ومن ثم تحويله إلى غاز حيوي، والذي يمكن استخدامه بطريقة مماثلة للغاز الطبيعي.
كيف تشكلت رواسبها
ينشأ غاز الميثان من تحلل المواد العضوية على مدى ملايين السنين. خلال العصر الكربوني، حُبست كميات كبيرة من النباتات والحيوانات في قاع المحيطات والبحيرات، ودُفنت تحت الرواسب. وبمرور الوقت، تسبب الضغط ودرجة الحرارة في تحلل هذه المادة العضوية في غياب الأكسجين، مما أدى إلى توليد غاز الميثان وغيره من الهيدروكربونات.
وقد أدت عملية التكوين هذه إلى ظهور رواسب هائلة من الغاز الطبيعي التي يتم استغلالها اليوم للحصول على الميثان. وتقع معظم هذه الرواسب في مناطق نشطة جيولوجياً، مما سهل الوصول إليها من خلال الحفر العميق.
بالإضافة إلى الرواسب الجوفية، تم اكتشاف إمكانية تخزين غاز الميثان على شكل هيدرات في قاع المحيط. هيدرات الميثان عبارة عن مركبات بلورية تكون فيها جزيئات هذا الغاز محاصرة في هيكل جليدي. ورغم أن استغلال هذه الرواسب ليس شائعا بعد، إلا أنها تعتبر مصدرا محتملا للطاقة في المستقبل.
مصدر آخر للميثان هو الأنشطة البشرية. تنتج الزراعة والثروة الحيوانية والنفايات الصلبة البلدية كميات كبيرة من غاز الميثان بسبب التحلل اللاهوائي للكتلة الحيوية والنفايات العضوية الأخرى.
تحتوي التربة الصقيعية، وهي التربة المتجمدة بشكل دائم في المناطق القطبية، على احتياطيات كبيرة من غاز الميثان المحتجز. ومع ظاهرة الاحتباس الحراري وذوبان التربة الصقيعية، يتم إطلاق هذا الغاز في الغلاف الجوي، الأمر الذي قد يكون له عواقب وخيمة على التوازن المناخي لكوكب الأرض.
يعد فحص ومراقبة انبعاثات غاز الميثان من هذه الاحتياطيات أمرًا ضروريًا للتخفيف من تأثيرها على تغير المناخ.
وأخيرا، يمكن إنتاج الميثان صناعيا في المختبرات والصناعات من خلال تخليق ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين، وهو ما يسمى بعملية ساباتير. وتُعتبر هذه التقنيات خيارًا قابلاً للتطبيق للتحكم في إنتاج الميثان في مستقبل أكثر استدامة.
إن تأثير غاز الميثان على تغير المناخ يمثل مشكلة عالمية تتطلب اهتماما عاجلا. إن السياسات والتكنولوجيات التي تهدف إلى الحد من انبعاثات غاز الميثان تشكل ضرورة أساسية للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري.
والميثان هو غاز دفيئة أقوى من ثاني أكسيد الكربون من حيث حبس الحرارة، على الرغم من بقائه في الغلاف الجوي لفترة أقصر. وأظهرت الدراسات أن الحد من انبعاثات غاز الميثان يمكن أن يكون له تأثير سريع وإيجابي على درجة الحرارة العالمية، مما يساعد على إبقاء ارتفاع درجة الحرارة أقل من 1,5 درجة مئوية المنصوص عليها في اتفاق باريس.
وللحد من هذه الانبعاثات، يجري استكشاف أساليب مختلفة. وفي القطاع الزراعي، يعمل الباحثون على تطوير طرق للحد من انبعاثات غاز الميثان التي تنتجها الماشية عن طريق إدخال تغييرات في النظام الغذائي الحيواني وطرق أكثر كفاءة لإدارة السماد. وفي قطاع الطاقة، أظهر تنفيذ تقنيات مثل الاستشعار عن بعد وتحسين أنظمة نقل وتخزين الغاز الطبيعي نتائج واعدة في الحد من تسرب غاز الميثان.
ويمثل التحكم في انبعاثات غاز الميثان وتشجيع احتجازه وإعادة استخدامه في شكل غاز حيوي فرصة للتحرك نحو مستقبل أكثر استدامة. إن استخدام هذا الغاز كمصدر للطاقة المتجددة يمكن أن يلعب دورًا رئيسيًا في تحول الطاقة العالمي.