Метан — самый распространённый органический газ на Земле и основной компонент природного газа, которым отапливаются дома и работают электростанции. При этом метан — парниковый газ в 80 раз мощнее CO₂ в краткосрочной перспективе. Одновременно — ценное топливо и химическое сырьё. Противоречий много, а применений ещё больше.
Что такое метан
Метан (CH₄) — простейший углеводород, одноатомный алкан. При нормальных условиях — бесцветный газ без запаха. Легче воздуха: при утечке поднимается вверх и рассеивается, что делает его менее опасным в плане накопления у пола по сравнению с пропаном.
Горючий. Температура воспламенения — около 537 °C. Пределы взрываемости в воздухе — 5–15%. Диапазон узкий по сравнению с водородом (4–75%), но при концентрации 5–15% достаточно искры.
Природный газ из трубопровода — не чистый метан, а смесь. Обычно 85–99% CH₄ плюс этан, пропан, CO₂, азот, сернистые соединения в разных пропорциях. Одорант — добавляют специально для обнаружения утечек по запаху.
Как образуется метан
В природе CH₄ образуется двумя путями.
Термогенный — при разложении органического вещества при высоких температурах и давлениях в толще земной коры. Это и есть природный газ месторождений — результат миллионов лет геологических процессов.
Биогенный — при анаэробном (без кислорода) разложении органики бактериями. Болота, рисовые поля, желудки крупного рогатого скота, свалки, навозные биореакторы. Биогаз — примерно 50–70% CH₄ остальное CO₂. После очистки превращается в биометан, сопоставимый с природным газом.
Где применяют метан
Энергетика
Главное применение — сжигание для получения тепла и электроэнергии. Газовые котлы, газовые турбины, ТЭЦ. При сгорании метана выделяется CO₂ и вода — по сравнению с углём значительно меньше углекислоты и полностью отсутствует зола.
Природный газ — доминирующее топливо для отопления жилых и промышленных зданий в России и Европе. Это обыденный факт, за которым стоит огромная инфраструктура: тысячи километров трубопроводов, компрессорные станции, газораспределительные пункты.
Химическая промышленность
Метан — базовое сырьё для органического синтеза.
Паровой риформинг — реакция CH₄ с водяным паром даёт синтез-газ (CO + H₂). Из синтез-газа — метанол, аммиак (и далее удобрения), синтетическое топливо (процесс Фишера-Тропша).
Хлорирование — метан реагирует с хлором, давая хлорметан, хлороформ, четырёххлористый углерод. Растворители, хладагенты, фармацевтика.
Производство ацетилена — при высокотемпературном пиролизе CH₄ даёт ацетилен. Дорого, но альтернатива карбидному методу.
Транспорт
КПГ (компримированный природный газ) и СПГ (сжиженный природный газ) — топливо для автомобилей, автобусов, кораблей, локомотивов. Дешевле бензина и дизеля, ниже выбросы CO₂, минимум сажи.
В России КПГ — заправочные станции в большинстве крупных городов. СПГ — развивающийся рынок для тяжёлого транспорта.
Зелёная энергетика
Водородная экономика. Паровой риформинг метана — основной промышленный способ производства водорода. «Зелёный» вариант — биометан из отходов, реформинг с улавливанием CO₂.
Накопление энергии. Избыточную электроэнергию от ВИЭ используют для производства зелёного водорода (электролиз), затем H₂ метанируют обратно в CH₄ — «Power-to-gas». Синтетический метан закачивают в существующую газовую инфраструктуру.
Метан и безопасность
Природный газ не ядовит, но асфиксиант при высокой концентрации. Главная опасность — взрыв. При концентрации 5–15% в закрытом помещении достаточно искры от выключателя.
В жилых и промышленных системах обязательны газоанализаторы, автоматические запорные клапаны и хорошая вентиляция. Детекторы метана устанавливают в верхней зоне помещения: CH₄ легче воздуха и накапливается у потолка.
О компрессорных станциях для природного газа — в статье «Какие бывают компрессорные станции». О контроле загазованности — в статье «Газоанализатор: зачем нужен и как выбрать».
Оборудование для работы с техническими газами — в каталоге КубСпецТех.
Метан и промышленная безопасность
Природный газ в трубопроводах одорирован — имеет характерный запах. Это единственное предупредительное свойство, доступное органам чувств человека: чистый метан без запаха. Одорант (тетрагидротиофен или меркаптаны) добавляют специально.
Если чувствуете запах газа в помещении — не включайте и не выключайте электроприборы, не открывайте огонь, проветривайте помещение, покиньте его и вызовите газовую службу. Это не инструкция для галочки — это алгоритм, от которого зависит жизнь.
На промышленных объектах с метаном — обязательные газоанализаторы с автоматическим включением вентиляции и запорных клапанов при превышении 20% НКПР. Подробнее о выборе датчиков — в статье «Газоанализатор: зачем нужен и как выбрать».
