El metanu (del griegumethy vinu, y el sufixu -anu)[1] ye'l hidrocarburualcano más senciellu, que la so fórmula química ye CH 4.
Cada unu de los átomos d'hidróxenu ta xuníu al carbonu per mediu d'un enllaz covalente. Ye una sustancia non polar que se presenta en forma de gas a temperatures y presiones ordinaries. Ye incoloru, nun tien golor y nun ye soluble n'agua.
El gas natural contener en diverses proporciones según el xacimientu d'onde ye estrayíu, dende'l 83% al 97%. El gas natural comercializáu ye mayoritariamente metanu con dellos otru hidrocarburos añadíos en pequeña proporción, como propanu, metanu, butanu y daqué de nitróxenu.[2] Nes mines de carbón llámase-y grisú y ye bien peligrosu yá que ye fácilmente inflamable y esplosivu. Sicasí nes últimes décades cobró importancia la esplotación comercial del gas metanu de carbón, como fonte d'enerxía.
El metanu nun ye tóxicu. El so principal peligru pa la salú son les quemadures que puede provocar si entra en ignición. Ye altamente inflamable y puede formar amiestos esplosivos col aire. El metanu reacciona violentamente con axentes oxidantes, halóxenos y dellos compuestos haloxenaos. El metanu tamién ye afogadizu y puede mover al osíxenu nun espaciu zarráu. Afogar puede sobrevenir si la concentración d'osíxenu amenorgar por debaxo del 19,5 % por desplazamientu. Les concentraciones a les cualos fórmense les barreres esplosives o inflamables son muncho más pequeñes que les concentraciones nes que'l riesgu d'afuega ye significativu. Si hai estructures construyíes sobre o cerca de vertideros, el metanu desprendíu puede enfusar nel interior de los edificios y esponer a los ocupantes a niveles significativos de metanu. Dellos edificios tienen sistemes per debaxo de los sos cimientos pa prindar esti gas y espulsalo del edificiu. Un exemplu d'esti tipu de sistema atopar nel edificiu Dakin, en Brisbane, California.
Reacciones
Les principales reacciones del metanu son: combustión, reformación con vapor (steam reforming) pa dar gas de síntesis (syngas), y halogenación. Polo xeneral, les reacciones del metanu son difíciles de controlar. Por casu, la oxidación parcial pa llegar a metanol ye malo de consiguir; la reacción de normal prosigue hasta dar dióxidu de carbonu y agua.
Combustión
Na combustión del metanu hai arreyaos una serie de pasos:
Créese que'l metanu reacciona en primer llugar col osíxenu pa formar formaldehídu (HCHO o H 2CO). Darréu'l formaldehídu descomponer nel radical formil, que de siguío da dióxidu de carbonu y hidróxenu. Esti procesu ye conocíu nel so conxuntu como pirólisis oxidativa.
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2O
Siguiendo la pirolisis oxidativa, el H 2 aferrúñase formando H 2O, esprendiendo calor. Esti procesu ye bien rápido, siendo la so duración habitual inferior a un milisegundo.
2H 2 + O 2 → 2H 2O
Finalmente'l CO aferrúñase, formando CO 2 y lliberando más calor. Esti procesu xeneralmente ye más lentu que'l restu de pasos, y rique unos cuantos milisegundos pa producise.
Reformación
El enllaz covalentecarbonu-hidróxenu atopar ente los más fuertes de tolos hidrocarburos, y por tanto'l so usu como materia primo ye llindáu. A pesar de l'alta enerxía d'activación necesaria pa romper l'enllaz CH, el metanu ye inda'l principal material de partida pa fabricar hidróxenu por aciu reformación con vapor. La busca de catalizadores que puedan facilitar l'activación del enllaz CH nel metanu y otros alcanos llixeros ye una área d'investigación de gran importancia industrial.
Halogenación
El metanu reacciona colos halóxenos so les condiciones fayadices. La reacción tien llugar de la siguiente manera.
Magar el so calor de combustión, d'unos 802 kJ/mol, ye'l menor de tolos hidrocarburos, si estremar pola so masa molecular (16 g/mol) atópase que'l metanu, el más simple de los hidrocarburos , produz más cantidá de calor per unidá de masa qu'otros hidrocarburos más complexos. En munches ciudaes, el metanu tresportar en tuberíes hasta les cases pa ser emplegáu como combustible pa la calefacción y pa cocinar. Nesti contestu llámase-y gas natural. En Colombia según n'otros países emerxentes, el gas natural ye emplegáu como combustible alternu por dellos vehículos de tresporte.
Usos industriales
El metanu ye utilizáu en procesos químicos industriales y puede ser tresportáu como líquidu esfrecíu (gas natural llicuao, o GNL). Ente que les fugues d'un contenedor esfrecíu son primeramente más pesaes que l'aire por cuenta de la alta densidá del gas frío, a temperatura ambiente'l gas ye más llixeru que l'aire. Los gasoductos tresporten grandes cantidaes de gas natural, del que'l metanu ye'l principal componente.
Otros productos químicos menos importantes derivaos del metanu inclúin el acetilenu llográu faciendo pasar metanu al traviés d'un arcu llétricu, y los clorometanos (clorometano, diclorometano, cloroformu, y tetracloruro de carbonu), producíos per mediu de la reacción del metanu con cloru en forma de gas . Sicasí, l'usu d'estos productos ta menguando, l'acetilenu ta siendo reemplazáu por sustitutos más económicos y los clorometanos por cuenta de motivos de salú y medioambientales.
Fuentes
Fuentes naturales
El 60 % de les emisiones en tol mundu ye d'orixe antropogénico. Proceden principalmente d'actividaes agrícoles y otres actividaes humanes.
La mayor fonte de metanu, ye la so estracción de los depósitos xeolóxicos conocíos como campos de gas natural. Atópase acomuñáu a otros hidrocarburos combustibles y dacuando acompañáu por heliu y nitróxenu. El gas, especialmente l'asitiáu en formaciones pocu fondes (baxa presión), formar pola descomposiciónanaeróbica de materia orgánico y el restu créese que provién de la lenta desgasificación de los materiales primordiales asitiaos nes partes más fondes del planeta, tal como lo demuestra la presencia d'hasta un 7 % heliu en ciertos xacimientos de gas natural. En términos xenerales, los depósitos de gas xenerar en sedimentos soterraos a mayor fondura y más altes temperatures que los que dan llugar al petroleu.
Tamién puede estrayese el metanu de los depósitos de carbón (CMB son les sos sigles n'inglés) por aciu la perforación de pozos nes capes de carbón, bombiando de siguío l'agua de la veta pa producir una despresurización lo que dexa la desabsorción del metanu y la so xubida pol pozu hasta la superficie. Con esta téunica produz el 7 % del gas natural de los Estaos Xuníos, magar puede haber problemes medioambientales por cuenta de la baxada del nivel de los acuíferos y a la presencia de contaminantes na agua estrayida.
Los hidratos de metanu o clatratos (combinaciones de xelu y metanu no fondero marín) son una futura fonte potencial de metanu, magar hasta agora nun esiste nenguna esplotación comercial de la mesma.
Amás de los campos de gas natural una forma alternativa pa llograr metanu ye por aciu el biogás xeneráu pola fermentadura de materia orgánico que s'atopa nos cuchues, nes folles de les agües residuales, na basura doméstica, o en cualesquier otra materia primo biodegradable, so condiciones anaeróbicas.
Resultáu de les observaciones de metanu dende 1996 a 2005 qu'amuesen l'aumentu del metanu, les variaciones estaciones del añu estacionales y la diferencia ente los hemisferios norte y sur.
El metanu ye un gas d'efeutu ivernaderu bien importante na atmósfera de la Tierra con un potencial de calentamientu de 23 sobre un periodu de 100 años. Esto implica que la emisión d'una tonelada de metanu va tener 23 vegaes l'impautu de la emisión d'una tonelada de dióxidu de carbonu mientres los siguientes cien años. El metanu tien un gran efeutu por un curtiu periodu (aproximao 10 años), ente que'l dióxidu de carbonu tien un pequeñu efeutu por un periodu enllargáu (sobre los 100 años). Por cuenta de esta diferencia nel efeutu y el periodu, el potencial de calentamientu global del metanu nun plazu de 20 años ye de 63.
La concentración de metanu na atmósfera aumentó mientres los últimos cinco mil años. La esplicación más probable d'esti aumentu siguíu mora nes innovaciones acomuñaes al empiezu de l'agricultura, sobremanera probablemente a la esviadura de los ríos pal riego del arroz.[4]
Hai unos siete mil años, n'Oriente Próximu afayóse la téunica del regadíu y depués esta práutica estender hasta'l sureste asiáticu y el sur de China, creando asina güelgues artificiales. Nestes güelgues, la vexetación crecía, morría, descomponíase y emitía metanu.[4]
La concentración de metanu amontóse un 150 % dende 1750 y ye responsable del 20 % del forzante radiativo total de tolos gases d'efeutu ivernaderu de llarga vida y distribución global.[5]
La concentración media de metanu na superficie de la tierra l'añu 1998 yera de 1,745 ppb.[6] La so concentración ye más alta nel hemisferiu norte porque la mayoría de les fontes (naturales y antropogénicas) son mayores nesi hemisferiu. Les concentraciones varien estacionalmente con un mínimu a finales del branu.
El metanu fórmase cerca de la superficie, y ye tresportáu a la estratosfera pel aire ascendente de los trópicos. L'aumentu de metanu na atmósfera de la Tierra ye controláu naturalmente (anque la influencia humana puede interferir nesta regulación) pola reacción del metanu col radical hidroxilo, una molécula formada pola reacción del osíxenu cola agua.
De primeres de la historia de la Tierra, aproximao fai 3.500 millones d'años, había 1.000 vegaes más metanu na atmósfera que na actualidá. El metanu primordial foi lliberáu pola actividá volcánica. Foi mientres esta dómina cuando apaeció la vida na Tierra. Ente les primeres formes de vida atopaben bacteries metanógenas que por aciu l'hidróxenu y el dióxidu de carbonu xeneraben metanu y agua.
L'osíxenu nun foi un componente mayoritariu de l'atmósfera hasta que los organismos fotosintéticos apaecieron más tarde na historia de la Tierra. Ensin osíxenu al metanu podía permanecer na atmósfera más tiempu y amás n'otres concentraciones que nes actuales condiciones.
Emisiones de metanu
Houweling y cols. (1999) dan los siguientes valores pa les emisiones de metanu (Tg/a: teragramos per añu):[6]
Casi la metá de la emisión total deber a l'actividá humana.[5] Les plantes (p. ex. los montes) fueron apocayá identificaes como una importante fonte de metanu. Un artículu recién calculó unes emisiones añales de 62-236 millones de tonelaes y que esta nueva fonte puede tener implicaciones importantes.[7][8] Sicasí, los autores tamién señalen que los sos descubrimientos son preliminares al respective de la importancia exacta d'esta emisión de metanu.[9] Les midíes al llargu plazu del metanu pola NOAA amuesen que l'aumentu de metanu na atmósfera menguó de manera drástica, dempués de casi triplicase dende la dómina preindustrial.[10] Créese qu'esti amenorgamientu deber al amenorgamientu de les emisiones industriales y a la seca nes zones de güelgues.
Lliberación repentina de los clatratos de metanu
A altes presiones como les qu'esisten no fondero del océanu, el metanu forma un clatrato sólidu cola agua, conocíu como hidratu de metanu. La cantidá de metanu que s'atopa atrapada con esta forma nos sedimentos oceánicos ye desconocida pero posiblemente sía bien grande, del orde del billón de tonelaes.
La hipótesis del «fusil de clatratos» ye una teoría que suxer que si'l calentamientu global produz un aumentu de la temperatura abondo d'estos depósitos, tou esti metanu podría lliberar de secute a l'atmósfera. Por cuenta de que el metanu ye ventitrés trés vegaes más potente (pal mesmu pesu, nun periodu de 100 años) que'l dióxidu de carbonu como gas d'efeutu ivernaderu, amplificaría de manera inmensa l'efeutu ivernaderu, caleciendo la Tierra hasta niveles ensin precedentes. Esta teoría sirviría tamién pa esplicar la causa del rápidu calentamientu global nel pasáu alloñáu de la Tierra, como nel máximu térmicu del Paleocenu Eocenu hai 55 millones d'años.
Emisión de metanu dende turberas
Anque menos dramátiques que les de los clatratos, pero yá produciéndose, ye un aumentu nes emisiones de metanu per parte de les turberas mientres el permafrost fúndese. Anque los rexistros del permafrost son llindaos, n'años recién (1999 y 2001) batiéronse los récores de destemple nel permafrost n'Alaska y Siberia.
Les midíes recién en Siberia tamién amuesen que'l metanu lliberáu ye cinco veces mayor que les estimaciones previes.[11]
Mecanismos d'eliminación
El principal mecanismu d'eliminación de metanu de l'atmósfera ye por aciu la reacción col radical hidroxilo, que fórmase pol bombardéu de los rayos cósmicos sobre les molécules de vapor d'agua.
CH 4 + ·OH → ·CH 3 + H 2O
Esta reacción na troposfera da al metanu una vida de 9,6 años. Dos sumidorios más son el suelu (160 años de vida) y la perda estratosférica pola reacción colos elementos químicos ·OH, Cl y O (2 D) na estratosfera (120 años vida), dando llugar a una vida neta de 8,4 años.[6]
El metanu en Marte
La presencia demostrada de metanu en Marte constitúi inda un misteriu y ye un posible signu de vida en Marte. La variación estacional d'esti gas na atmósfera marciana suxer qu'hai una fonte activa d'orixe xeolóxicu o biolóxicu.
Syrtis Major ye una de les rexones del planeta coloráu onde s'anicia'l metanu.
El metanu en Marte afayar nel añu 2003 y apaez na atmósfera marciana nuna proporción de 10 partes por 1.000 millones dientro d'una atmósfera que nun 95 % ye de dióxidu de carbonu.
La sonda europea Mars Express confirmó la presencia permanente de metanu que dada la degradación fotoquímica que sufre, solo puede esplicase si hai una fonte anovable d'esti gas.
L'orixe del metanu marcianu pue ser xeolóxicu (volcánicu, anque ensin evidencies de volcanes superficiales) o biolóxicu. Nesti segundu casu tendríen de ser microbios anaerobios que quiciabes podríen vivir so la superficie nuna posible agua líquido.
Según publicó la revista Science en xineru de 2009, emplegar detectores d'infrarroxos dende telescopios terrestres y púdose reparar la evolución del metanu a lo llargo de trés años marcianos (equivalentes a 7 años terrestres ) y viose que'l metanu amuesa variaciones nel tiempu y acumuladura en ciertes rexones.
Concretamente viose que la fonte principal contenía 19.000 tonelaes con una emisión per segundu de 600 gramos.
La vida media del metanu en Marte ye bien curtia, de cuatro años terrestres, y quiciabes lo degraden oxidantes presentes nel polvu flotante.
Una hipótesis apunta a la presencia de microbios sol xelu marciano, onde la radiación podría producir hidróxenu a partir d'agua líquido y el CO2 apurrir el carbonu pa producir finalmente metanu.
El rover marcianu MSL, más conocíu como "Curiosity", ta forníu con sistemes pa midir metanu y determinar qué isótopu de carbonu contién. En casu de tratase de carbonu-12, sería biolóxicu.
Fuentes de metanu
Los oríxenes principales de metanu son:
Descomposición de los residuos orgániques por bacteries.
Estracción de combustibles fósiles: 20 % (el metanu tradicionalmente quemábase y emitía direutamente. Güei día inténtase almacenar no posible pa reaprovecharlo formando'l llamáu gas natural).
Materia vivo vexetal: (Afayóse que plantes y árboles emiten grandes cantidaes de gas metanu).
El 60 % de les emisiones en tol mundu ye d'orixe antropogénico. Proceden principalmente d'actividaes agrícoles y otres actividaes humanes. La concentración d'esti gas na atmósfera amontóse de 0,8 a 1,7 ppm, pero tarrezse que lo faiga muncho más a midida que llibérese, al aumentar la temperatura de los océanos, el que s'atopa almacenáu no fondero del Árticu.
