El metano ( EE.UU .: / ˈ m ɛ θ eɪ n / METH -ayn , Reino Unido : / ˈ m iː θ eɪ n / MEE -thayn ) es un compuesto químico con la fórmula química CH 4 (un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno ) . Es un hidruro del grupo 14 , el alcano más simple y el principal constituyente del gas natural . La relativa abundancia de metano en la Tierra lo convierte en un combustible económicamente atractivo , aunque capturarlo y almacenarlo plantea desafíos técnicos debido a su estado gaseoso en condiciones normales de temperatura y presión .
El metano de origen natural se encuentra tanto bajo tierra como bajo el fondo marino y se forma mediante procesos geológicos y biológicos. La mayor reserva de metano se encuentra bajo el fondo marino en forma de clatratos de metano . Cuando el metano llega a la superficie y a la atmósfera , se le conoce como metano atmosférico . [9]
La concentración de metano en la atmósfera de la Tierra ha aumentado aproximadamente un 160% desde 1750, y un porcentaje abrumador se debe a la actividad humana. [10] Representa el 20% del forzamiento radiativo total de todos los gases de efecto invernadero de larga duración y mezclados a nivel mundial , según el informe del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático de 2021 . [11] Reducciones fuertes, rápidas y sostenidas de las emisiones de metano podrían limitar el calentamiento a corto plazo y mejorar la calidad del aire al reducir el ozono superficial global. [12]
También se ha detectado metano en otros planetas, incluido Marte , lo que tiene implicaciones para la investigación en astrobiología . [13]
El metano es una molécula tetraédrica con cuatro enlaces C-H equivalentes . Su estructura electrónica está descrita por cuatro orbitales moleculares ( MO) de enlace resultantes de la superposición de los orbitales de valencia en C y H. El MO de menor energía es el resultado de la superposición del orbital 2s del carbono con la combinación en fase de los orbitales 1s de los cuatro átomos de hidrógeno. Por encima de este nivel de energía hay un conjunto triplemente degenerado de OM que implica la superposición de los orbitales 2p del carbono con varias combinaciones lineales de los orbitales 1s del hidrógeno. El esquema de enlace "tres sobre uno" resultante es consistente con las mediciones espectroscópicas de fotoelectrones.
El metano es un gas inodoro, incoloro y transparente. [14] Absorbe la luz visible, especialmente en el extremo rojo del espectro, debido a las bandas de armónicos , pero el efecto solo se nota si el camino de la luz es muy largo. Esto es lo que da a Urano y Neptuno sus colores azul o verde azulado, cuando la luz pasa a través de sus atmósferas que contienen metano y luego se dispersa hacia afuera. [15]
El olor familiar del gas natural usado en los hogares se logra agregando un odorante , generalmente mezclas que contienen terc -butiltiol , como medida de seguridad. El metano tiene un punto de ebullición de -161,5 °C a una presión de una atmósfera . [3] Como gas, es inflamable en un rango de concentraciones (5,4% –17%) en el aire a presión estándar .
El metano sólido existe en varias modificaciones . Actualmente se conocen nueve. [16] El enfriamiento del metano a presión normal da como resultado la formación de metano I. Esta sustancia cristaliza en el sistema cúbico ( grupo espacial Fm 3 m). Las posiciones de los átomos de hidrógeno no están fijadas en el metano I, es decir, las moléculas de metano pueden girar libremente. Por tanto, es un cristal plástico . [17]
Las principales reacciones químicas del metano son la combustión , el reformado con vapor a gas de síntesis y la halogenación . En general, las reacciones del metano son difíciles de controlar.
La oxidación parcial de metano a metanol ( CH 3 O H ), un combustible líquido más conveniente, es un desafío porque la reacción generalmente progresa hasta convertirse en dióxido de carbono y agua , incluso con un suministro insuficiente de oxígeno . La enzima metano monooxigenasa produce metanol a partir de metano, pero no puede usarse para reacciones a escala industrial. [18] Se han desarrollado algunos sistemas catalizados homogéneamente y sistemas heterogéneos, pero todos tienen inconvenientes importantes. Generalmente funcionan generando productos protegidos que están protegidos contra la sobreoxidación. Los ejemplos incluyen el sistema Catalytica , zeolitas de cobre y zeolitas de hierro que estabilizan el sitio activo alfa-oxígeno . [19]
Un grupo de bacterias cataliza la oxidación del metano con nitrito como oxidante en ausencia de oxígeno , dando lugar a la llamada oxidación anaeróbica del metano . [20]
Como otros hidrocarburos , el metano es un ácido extremadamente débil . Se estima que su p K a en DMSO es 56. [21] No se puede desprotonar en solución, pero la base conjugada se conoce en formas como el metil litio .
Se ha observado una variedad de iones positivos derivados del metano, principalmente como especies inestables en mezclas de gases a baja presión. Estos incluyen metenio o catión metilo CH+3, catión metano CH+4, y metanio o metano protonado CH+5. Algunos de ellos han sido detectados en el espacio exterior . El metanio también se puede producir como soluciones diluidas a partir de metano con superácidos . Cationes con mayor carga, como CH2+6y CH3+7, han sido estudiados teóricamente y se ha conjeturado que son estables. [22]
A pesar de la fuerza de sus enlaces C-H, existe un gran interés en catalizadores que faciliten la activación del enlace C-H en metano (y otros alcanos de menor número ). [23]
El calor de combustión del metano es de 55,5 MJ/kg. [24] La combustión de metano es una reacción de múltiples pasos que se resume a continuación:
La química de cuatro pasos de Peters es una química de cuatro pasos sistemáticamente reducida que explica la quema de metano.
En condiciones apropiadas, el metano reacciona con los radicales halógenos de la siguiente manera:
donde X es un halógeno : flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) o yodo (I). Este mecanismo para este proceso se llama halogenación de radicales libres . Se inicia cuando la luz ultravioleta o algún otro iniciador radical (como los peróxidos ) produce un átomo de halógeno . Se produce una reacción en cadena de dos pasos en la que el átomo de halógeno extrae un átomo de hidrógeno de una molécula de metano, lo que da como resultado la formación de una molécula de haluro de hidrógeno y un radical metilo ( •CH 3 ). Luego, el radical metilo reacciona con una molécula de halógeno para formar una molécula de halometano, con un nuevo átomo de halógeno como subproducto. [25] Pueden ocurrir reacciones similares en el producto halogenado, lo que lleva a la sustitución de átomos de hidrógeno adicionales por átomos de halógeno con estructuras de dihalometano , trihalometano y, en última instancia, tetrahalometano , dependiendo de las condiciones de reacción y la relación halógeno-metano.
Esta reacción se usa comúnmente con cloro para producir diclorometano y cloroformo mediante clorometano . El tetracloruro de carbono se puede preparar con un exceso de cloro.
El metano puede transportarse como líquido refrigerado (gas natural licuado o GNL ). Mientras que las fugas de un recipiente de líquido refrigerado son inicialmente más pesadas que el aire debido a la mayor densidad del gas frío, el gas a temperatura ambiente es más ligero que el aire. Los gasoductos distribuyen grandes cantidades de gas natural, del cual el metano es el componente principal.
El metano se utiliza como combustible para hornos, hogares, calentadores de agua, hornos, automóviles, [26] [27] turbinas, etc.
Como componente principal del gas natural , el metano es importante para la generación de electricidad al quemarlo como combustible en una turbina de gas o un generador de vapor . En comparación con otros combustibles de hidrocarburos , el metano produce menos dióxido de carbono por cada unidad de calor liberada. Aproximadamente 891 kJ/mol, el calor de combustión del metano es menor que el de cualquier otro hidrocarburo, pero la relación entre el calor de combustión (891 kJ/mol) y la masa molecular (16,0 g/mol, de los cuales 12,0 g/mol es carbono) muestra que el metano, siendo el hidrocarburo más simple, produce más calor por unidad de masa (55,7 kJ/g) que otros hidrocarburos complejos. En muchas ciudades, el metano llega a los hogares para calefacción y cocina doméstica. En este contexto se le suele conocer como gas natural , y se considera que tiene un contenido energético de 39 megajulios por metro cúbico, o 1.000 BTU por pie cúbico estándar . El gas natural licuado (GNL) es predominantemente metano ( CH4 ) convertido a forma líquida para facilitar su almacenamiento o transporte.
El metano líquido refinado y el GNL se utilizan como combustible para cohetes , [28] cuando se combinan con oxígeno líquido , como en los motores TQ-12 , BE-4 y Raptor . [29] Debido a las similitudes entre el metano y el GNL, estos motores se agrupan comúnmente bajo el término metalox .
Como propulsor líquido para cohetes , una combinación de metano y oxígeno líquido ofrece la ventaja sobre la combinación de queroseno y oxígeno líquido , o kerolox, de producir pequeñas moléculas de escape, lo que reduce la coquización o la deposición de hollín en los componentes del motor. El metano es más fácil de almacenar que el hidrógeno debido a su mayor punto de ebullición y densidad, así como a su falta de fragilización por hidrógeno . [30] [31] El menor peso molecular del escape también aumenta la fracción de energía térmica que está en forma de energía cinética disponible para la propulsión, aumentando el impulso específico del cohete. En comparación con el hidrógeno líquido , la energía específica del metano es menor, pero esta desventaja se compensa con la mayor densidad y rango de temperatura del metano, lo que permite tanques más pequeños y livianos para una masa de combustible determinada. El metano líquido tiene un rango de temperatura (91-112 K) casi compatible con el oxígeno líquido (54-90 K). Actualmente, el combustible se utiliza en vehículos de lanzamiento operativos como Zhuque-2 y Vulcan , así como en lanzadores en desarrollo como Starship , Neutron y Terran R. [32]
El gas natural , compuesto principalmente de metano, se utiliza para producir gas hidrógeno a escala industrial. El reformado de metano con vapor (SMR), o simplemente conocido como reformado con vapor, es el método industrial estándar para producir gas hidrógeno comercial a granel. Anualmente se producen en todo el mundo más de 50 millones de toneladas métricas (2013), principalmente a partir del SMR de gas natural. [33] Gran parte de este hidrógeno se utiliza en refinerías de petróleo , en la producción de productos químicos y en el procesamiento de alimentos. En la síntesis industrial de amoníaco se utilizan cantidades muy grandes de hidrógeno .
A altas temperaturas (700-1100 °C) y en presencia de un catalizador a base de metal ( níquel ), el vapor reacciona con el metano para producir una mezcla de CO y H2 , conocida como "gas de agua" o " gas de síntesis ":
Esta reacción es fuertemente endotérmica (consume calor, Δ H r = 206 kJ/mol). Se obtiene hidrógeno adicional mediante la reacción de CO con agua mediante la reacción de desplazamiento agua-gas :
Esta reacción es levemente exotérmica (produce calor, Δ H r = −41 kJ/mol).
El metano también está sujeto a cloración por radicales libres en la producción de clorometanos, aunque el metanol es un precursor más típico. [34]
El hidrógeno también se puede producir mediante la descomposición directa del metano, también conocida como pirólisis de metano , que, a diferencia del reformado con vapor, no produce gases de efecto invernadero (GEI). El calor necesario para la reacción también puede estar libre de emisiones de GEI, por ejemplo, procedente de la luz solar concentrada, de la electricidad renovable o de la quema de parte del hidrógeno producido. Si el metano proviene del biogás , entonces el proceso puede ser un sumidero de carbono . Se requieren temperaturas superiores a 1200 °C para romper los enlaces del metano y producir hidrógeno gaseoso y carbono sólido. Sin embargo, mediante el uso de un catalizador adecuado, la temperatura de reacción se puede reducir entre 600 °C y 1000 °C, dependiendo del catalizador elegido. [35] La reacción es moderadamente endotérmica como se muestra en la siguiente ecuación de reacción. [36]
El metano puede generarse a través de rutas geológicas, biológicas o industriales.
Las dos rutas principales para la generación geológica de metano son (i) orgánica (generada térmicamente o termogénica) y (ii) inorgánica ( abiótica ). [13] El metano termogénico se produce debido a la descomposición de la materia orgánica a temperaturas y presiones elevadas en estratos sedimentarios profundos . La mayor parte del metano de las cuencas sedimentarias es termogénico; por lo tanto, el metano termogénico es la fuente más importante de gas natural. Los componentes termogénicos del metano generalmente se consideran reliquias (de una época anterior). Generalmente, la formación de metano termogénico (en profundidad) puede ocurrir mediante la descomposición de la materia orgánica o la síntesis orgánica. Ambas formas pueden involucrar microorganismos ( metanogénesis ), pero también pueden ocurrir de manera inorgánica. Los procesos involucrados también pueden consumir metano, con y sin microorganismos.
La fuente más importante de metano en profundidad (lecho de roca cristalina) es abiótica. Abiótico significa que el metano se crea a partir de compuestos inorgánicos, sin actividad biológica, ya sea mediante procesos magmáticos o mediante reacciones agua-roca que ocurren a bajas temperaturas y presiones, como la serpentinización . [37] [38]
La mayor parte del metano de la Tierra es biogénico y se produce por metanogénesis , [39] [40] una forma de respiración anaeróbica que solo se sabe que realizan algunos miembros del dominio Archaea . [41] Los metanógenos se encuentran en vertederos y suelos , [42] rumiantes (por ejemplo, ganado ), [43] las tripas de las termitas y los sedimentos anóxicos debajo del lecho marino y el fondo de los lagos.
Estos microorganismos utilizan este proceso de varios pasos para obtener energía. La reacción neta de la metanogénesis es:
El último paso del proceso está catalizado por la enzima metil coenzima M reductasa (MCR). [44]
Los humedales son las mayores fuentes naturales de metano a la atmósfera, [45] y representan aproximadamente entre el 20 y el 30% del metano atmosférico. [46] El cambio climático está aumentando la cantidad de metano liberado por los humedales debido al aumento de las temperaturas y la alteración de los patrones de lluvia. Este fenómeno se llama retroalimentación de metano de humedales . [47]
El cultivo de arroz genera hasta el 12% del total de las emisiones mundiales de metano debido a las inundaciones prolongadas de los campos de arroz. [48]
Los rumiantes, como el ganado, eructan metano, lo que representa aproximadamente el 22% de las emisiones anuales de metano de Estados Unidos a la atmósfera. [49] Un estudio informó que el sector ganadero en general (principalmente ganado vacuno, pollos y cerdos) produce el 37% de todo el metano inducido por el hombre. [50] Un estudio de 2013 estimó que el ganado representaba el 44% del metano inducido por el hombre y alrededor del 15% de las emisiones de gases de efecto invernadero inducidas por el hombre. [51] Se están realizando muchos esfuerzos para reducir la producción ganadera de metano, como tratamientos médicos y ajustes dietéticos, [52] [53] y para atrapar el gas para utilizar su energía de combustión. [54]
La mayor parte del fondo marino es anóxica porque los microorganismos aeróbicos eliminan el oxígeno dentro de los primeros centímetros del sedimento . Debajo del fondo marino repleto de oxígeno, los metanógenos producen metano que es utilizado por otros organismos o queda atrapado en hidratos de gas . [41] Estos otros organismos que utilizan metano para obtener energía se conocen como metanótrofos ('comedores de metano') y son la razón principal por la cual el poco metano generado en las profundidades llega a la superficie del mar. [41] Se ha descubierto que los consorcios de arqueas y bacterias oxidan el metano mediante oxidación anaeróbica de metano (OMA); Los organismos responsables de esto son las arqueas metanotróficas anaeróbicas (ANME) y las bacterias reductoras de sulfato (SRB). [55]
Dada su abundancia barata de gas natural, hay pocos incentivos para producir metano industrialmente. El metano se puede producir hidrogenando dióxido de carbono mediante el proceso Sabatier . El metano también es un producto secundario de la hidrogenación del monóxido de carbono en el proceso Fischer-Tropsch , que se practica a gran escala para producir moléculas de cadena más larga que el metano.
Un ejemplo de gasificación de carbón a metano a gran escala es la planta Great Plains Synfuels , iniciada en 1984 en Beulah, Dakota del Norte, como una forma de desarrollar abundantes recursos locales de lignito de baja calidad , un recurso que de otro modo sería difícil de transportar. su peso, contenido de cenizas , bajo poder calorífico y propensión a la combustión espontánea durante el almacenamiento y transporte. Existen varias plantas similares en todo el mundo, aunque en su mayoría estas plantas están destinadas a la producción de alcanos de cadena larga para su uso como gasolina , diésel o materia prima para otros procesos.
Power to metano es una tecnología que utiliza energía eléctrica para producir hidrógeno a partir de agua mediante electrólisis y utiliza la reacción de Sabatier para combinar hidrógeno con dióxido de carbono para producir metano.
El metano se puede producir mediante protonación de metil litio o un reactivo de metil Grignard como el cloruro de metilmagnesio . También se puede preparar a partir de acetato de sodio anhidro e hidróxido de sodio seco , mezclados y calentados por encima de 300 °C (con carbonato de sodio como subproducto). [ cita necesaria ] En la práctica, el requisito de metano puro se puede cumplir fácilmente con una botella de gas de acero de proveedores de gas estándar.
El metano fue descubierto y aislado por Alessandro Volta entre 1776 y 1778 mientras estudiaba el gas de las marismas del lago Maggiore . Es el componente principal del gas natural, alrededor del 87% en volumen. La principal fuente de metano es la extracción de depósitos geológicos conocidos como campos de gas natural , y la extracción de gas de vetas de carbón se convierte en una fuente importante (ver extracción de metano en lechos de carbón , un método para extraer metano de un depósito de carbón , mientras que la recuperación mejorada de metano en lechos de carbón es un método de recuperación de metano de vetas de carbón no explotables). Está asociado a otros combustibles hidrocarbonados , y en ocasiones acompañado de helio y nitrógeno . El metano se produce a niveles poco profundos (baja presión) mediante la desintegración anaeróbica de la materia orgánica y el metano transformado desde las profundidades de la superficie de la Tierra. En general, los sedimentos que generan gas natural están enterrados a mayor profundidad y a temperaturas más altas que los que contienen petróleo .
El metano generalmente se transporta a granel por gasoductos en su forma de gas natural, o por buques metaneros en su forma licuada; pocos países lo transportan en camión.
El metano es un importante gas de efecto invernadero , responsable de alrededor del 30% del aumento de las temperaturas globales desde la revolución industrial. [56]
El metano tiene un potencial de calentamiento global (GWP) de 29,8 ± 11 en comparación con el CO 2 (potencial de 1) en un período de 100 años, y de 82,5 ± 25,8 en un período de 20 años. [57] Esto significa que, por ejemplo, una fuga de una tonelada de metano equivale a emitir 82,5 toneladas de dióxido de carbono.
A medida que el metano se convierte gradualmente en dióxido de carbono (y agua) en la atmósfera, estos valores incluyen el forzamiento climático del dióxido de carbono producido a partir del metano en estas escalas de tiempo.
Las emisiones globales anuales de metano son actualmente de aproximadamente 580 Mt, [58] el 40% de las cuales proviene de fuentes naturales y el 60% restante se origina de la actividad humana, conocidas como emisiones antropogénicas. La mayor fuente antropogénica es la agricultura , responsable de alrededor de una cuarta parte de las emisiones, seguida de cerca por el sector energético , que incluye las emisiones del carbón, el petróleo, el gas natural y los biocombustibles. [59]
Las concentraciones históricas de metano en la atmósfera mundial han oscilado entre 300 y 400 nmol/mol durante los períodos glaciales comúnmente conocidos como edades de hielo , y entre 600 y 700 nmol/mol durante los períodos interglaciales cálidos . Un sitio web de la NASA de 2012 dijo que los océanos eran una fuente potencial importante de metano en el Ártico, [60] pero estudios más recientes asocian el aumento de los niveles de metano como causado por la actividad humana. [10]
El seguimiento global de las concentraciones de metano en la atmósfera comenzó en los años 1980. [10] La concentración de metano en la atmósfera de la Tierra ha aumentado un 160% desde los niveles preindustriales de mediados del siglo XVIII. [10] En 2013, el metano atmosférico representó el 20% del forzamiento radiativo total de todos los gases de efecto invernadero de larga duración y mezclados a nivel mundial. [61] Entre 2011 y 2019, el aumento promedio anual de metano en la atmósfera fue de 1866 ppb. [11] De 2015 a 2019 se registraron fuertes aumentos en los niveles de metano atmosférico. [62] [63]
En 2019, la concentración de metano en la atmósfera fue más alta que en cualquier otro momento de los últimos 800.000 años. Como se afirma en el AR6 del IPCC , "Desde 1750, los aumentos en las concentraciones de CO 2 (47%) y CH 4 (156%) superan con creces, y los aumentos de N 2 O (23%) son similares, a los multi- cambios milenarios entre períodos glaciales e interglaciares durante al menos los últimos 800.000 años (confianza muy alta)". [11] [a] [64]
En febrero de 2020, se informó que las emisiones fugitivas y las emisiones de gases de la industria de los combustibles fósiles podrían haberse subestimado significativamente. [65] [66] El mayor aumento anual se produjo en 2021 y un porcentaje abrumador fue causado por la actividad humana. [10]
El cambio climático puede aumentar los niveles de metano atmosférico al aumentar la producción de metano en los ecosistemas naturales, formando una retroalimentación del cambio climático . [41] [67] Otra explicación para el aumento de las emisiones de metano podría ser una desaceleración de la reacción química que elimina el metano de la atmósfera. [68]
Más de 100 países han firmado el Pacto Global de Metano, lanzado en 2021, prometiendo reducir sus emisiones de metano en un 30% para 2030. [69] Esto podría evitar 0,2˚C de calentamiento global para 2050, aunque se han pedido mayores compromisos en para alcanzar este objetivo. [70] El informe de 2022 de la Agencia Internacional de Energía afirma que "las oportunidades más rentables para la reducción del metano se encuentran en el sector energético, especialmente en las operaciones de petróleo y gas". [71]
Los clatratos de metano (también conocidos como hidratos de metano) son jaulas sólidas de moléculas de agua que atrapan moléculas individuales de metano. Se han encontrado importantes reservorios de clatratos de metano en el permafrost ártico y a lo largo de los márgenes continentales debajo del fondo del océano dentro de la zona de estabilidad de clatratos de gas , ubicados a altas presiones (1 a 100 MPa; el extremo inferior requiere una temperatura más baja) y bajas temperaturas (< 15 °C ; el extremo superior requiere mayor presión). [72] Los clatratos de metano se pueden formar a partir de metano biogénico, metano termogénico o una mezcla de ambos. Estos depósitos son tanto una fuente potencial de combustible de metano como un posible contribuyente al calentamiento global. [73] [74] La masa global de carbono almacenada en clatratos de gas aún es incierta y se ha estimado en 12.500 Gt de carbono y tan solo en 500 Gt de carbono. [47] La estimación ha disminuido con el tiempo, con una estimación más reciente de ~1800 Gt de carbono. [75] Una gran parte de esta incertidumbre se debe a nuestra brecha de conocimiento sobre las fuentes y sumideros de metano y la distribución de clatratos de metano a escala global. Por ejemplo, hace relativamente poco tiempo se descubrió una fuente de metano en una cresta de expansión ultralenta en el Ártico. [46] Algunos modelos climáticos sugieren que el régimen actual de emisión de metano desde el fondo del océano es potencialmente similar al del período del Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno ( PETM ) hace unos 55,5 millones de años, aunque no hay datos que indiquen que el metano del clatrato Actualmente la disociación llega a la atmósfera. [75] La liberación de metano en el Ártico a partir del permafrost y los clatratos de metano del fondo marino es una consecuencia potencial y una causa adicional del calentamiento global ; esto se conoce como la hipótesis del arma de clatrato . [76] [77] [78] [79] Los datos de 2016 indican que el permafrost del Ártico se descongela más rápido de lo previsto. [80]
El metano "degrada la calidad del aire y afecta negativamente a la salud humana, el rendimiento agrícola y la productividad de los ecosistemas". [81]
El metano es extremadamente inflamable y puede formar mezclas explosivas con el aire. Las explosiones de gas metano son responsables de muchos desastres mineros mortales. [82] Una explosión de gas metano fue la causa del desastre de la mina de carbón Upper Big Branch en Virginia Occidental el 5 de abril de 2010, matando a 29 personas . [83] La liberación accidental de gas natural también ha sido un foco importante en el campo de la ingeniería de seguridad . debido a liberaciones accidentales pasadas que concluyeron en la formación de desastres por incendios de aviones . [84] [85]
La fuga de gas metano de 2015-2016 en Aliso Canyon, California, se consideró la peor en términos de efecto ambiental en la historia de Estados Unidos. [86] [87] [88] También se describió como más dañino para el medio ambiente que la fuga de Deepwater Horizon en el Golfo de México. [89]
En mayo de 2023, The Guardian publicó un informe en el que culpaba a Turkmenistán de ser el peor país del mundo en cuanto a emisiones de metano . Los datos recopilados por los investigadores de Kayrros indican que dos grandes campos de combustibles fósiles turcomanos filtraron 2,6 millones y 1,8 millones de toneladas de metano solo en 2022, bombeando el equivalente de CO 2 de 366 millones de toneladas a la atmósfera, superando las emisiones anuales de CO 2 del Reino Unido. . [90]
El metano también es asfixiante si la concentración de oxígeno se reduce por debajo del 16% mediante desplazamiento, ya que la mayoría de las personas pueden tolerar una reducción del 21% al 16% sin efectos nocivos . La concentración de metano a la que el riesgo de asfixia se vuelve significativo es mucho mayor que la concentración del 5 al 15% en una mezcla inflamable o explosiva. Los gases de escape de metano pueden penetrar el interior de los edificios cercanos a los vertederos y exponer a los ocupantes a niveles significativos de metano. Algunos edificios tienen sistemas de recuperación especialmente diseñados debajo de sus sótanos para capturar activamente este gas y expulsarlo del edificio.
El metano es abundante en muchas partes del Sistema Solar y potencialmente podría recolectarse en la superficie de otro cuerpo del Sistema Solar (en particular, utilizando la producción de metano a partir de materiales locales encontrados en Marte [91] o Titán ), proporcionando combustible para un viaje de regreso. [28] [92]
Se ha detectado metano en todos los planetas del Sistema Solar y en la mayoría de las lunas más grandes. [ cita necesaria ] Con la posible excepción de Marte , se cree que proviene de procesos abióticos . [93] [94]
El rover Curiosity ha documentado fluctuaciones estacionales de los niveles de metano atmosférico en Marte. Estas fluctuaciones alcanzaron su punto máximo al final del verano marciano con 0,6 partes por mil millones. [95] [96] [97] [ 98] [99] [100] [101] [102]
El metano ha sido propuesto como posible propulsor de cohetes en futuras misiones a Marte debido en parte a la posibilidad de sintetizarlo en el planeta mediante la utilización de recursos in situ . [103] Se puede utilizar una adaptación de la reacción de metanación de Sabatier con un lecho de catalizador mixto y un desplazamiento inverso de agua-gas en un solo reactor para producir metano a partir de las materias primas disponibles en Marte, utilizando agua del subsuelo marciano y dióxido de carbono en la atmósfera marciana . [91]
El metano podría producirse mediante un proceso no biológico llamado serpentinización [b] que involucra agua, dióxido de carbono y el mineral olivino , que se sabe que es común en Marte. [104]
-Portrait-Portr_02303.tif/lossy-page1-1280px-ETH-BIB-Volta,_Alessandro_(1745-1827)-Portrait-Portr_02303.tif.jpg)
En noviembre de 1776, el físico italiano Alessandro Volta identificó científicamente por primera vez el metano en las marismas del lago Maggiore, a caballo entre Italia y Suiza . Volta se inspiró para buscar la sustancia después de leer un artículo escrito por Benjamin Franklin sobre el "aire inflamable". [105] Volta recogió el gas que se elevaba del pantano y en 1778 había aislado metano puro. [106] También demostró que el gas podía encenderse con una chispa eléctrica. [106]
Tras el desastre de la mina Felling de 1812, en el que murieron 92 hombres, Sir Humphry Davy estableció que el temido grisú era en realidad en gran parte metano. [107]
El nombre "metano" fue acuñado en 1866 por el químico alemán August Wilhelm von Hofmann . [108] [109] El nombre se deriva de metanol .
Etimológicamente, la palabra metano proviene del sufijo químico " -ane ", que denota sustancias pertenecientes a la familia de los alcanos; y la palabra metilo , que se deriva del alemán Mmethyl (1840) o directamente del francés méthyle , que es una retroformación del francés méthylène (correspondiente al inglés "metileno"), cuya raíz fue acuñada por Jean- Baptiste Dumas y Eugène Péligot en 1834 del griego μέθυ methy (vino) (relacionado con el inglés "hidromiel") y ὕλη hyle (que significa "madera"). El radical lleva este nombre porque se detectó por primera vez en metanol , un alcohol aislado por primera vez por destilación de madera. El sufijo químico -ane proviene del sufijo químico coordinador -ine , que proviene del sufijo femenino latino -ina , que se aplica para representar resúmenes. La coordinación de "-ane", "-ene", "-one", etc. fue propuesta en 1866 por el químico alemán August Wilhelm von Hofmann . [110]
La abreviatura CH 4 -C puede significar la masa de carbono contenida en una masa de metano, y la masa de metano es siempre 1,33 veces la masa de CH 4 -C. [111] [112] CH 4 -C también puede significar la relación metano-carbono, que es 1,33 en masa. [113] El metano a escalas de la atmósfera se mide comúnmente en teragramos (Tg CH 4 ) o millones de toneladas métricas (MMT CH 4 ), que significan lo mismo. [114] También se utilizan otras unidades estándar, como nanomol (nmol, una milmillonésima parte de un mol), mol (mol), kilogramo y gramo .
Metano es un nombre retenido (ver P-12.3) que se prefiere al nombre sistemático 'carbano', un nombre que nunca se recomendó para reemplazar al metano, pero que se usó para derivar los nombres 'carbeno' y 'carbina' para los radicales H 2 C 2. • y HC 3 • , respectivamente.
El gas natural comprimido se promociona como el combustible alternativo de "combustión más limpia" disponible, ya que la simplicidad de la molécula de metano reduce las emisiones de diferentes contaminantes del tubo de escape entre un 35 y un 97%. No tan dramática es la reducción de las emisiones netas de gases de efecto invernadero, que es aproximadamente la misma que la del etanol de grano de maíz, con una reducción de alrededor del 20% respecto de la gasolina.
Elegimos el GNL porque es altamente eficiente, de bajo costo y ampliamente disponible. A diferencia del queroseno, el GNL se puede utilizar para autopresurizar su tanque. Esto, conocido como represurización autógena, elimina la necesidad de sistemas costosos y complejos que aprovechan las escasas reservas de helio de la Tierra. El GNL también posee características de combustión limpia incluso a baja velocidad, lo que simplifica la reutilización del motor en comparación con los combustibles de queroseno.
