Метан как альтернативный источник ископаемого топлива

Метан получают из различных источников. Известно, что в результате деятельности человека наибольшее количество метана производится в процессе выращивания риса, животноводства, захоронения отходов, сжигания биомассы и добычи угля

Энергия необходима для выживания всего живого на Земле. Она расходуется человеком каждый день для питания автомобилей, отопления или охлаждения зданий, зарядки смартфонов и так далее. Ископаемое топливо является основным источником энергии, на его долю, например в США, приходится 86% всего ее потребления. Природные энергоресурсы преимущественно представлены в виде нефти, угля и природного газа.

Альтернативные источники энергии, включая солнечную, ветряную и гидроэнергетику, в последние несколько лет дали надежду на удовлетворение энергетических потребностей более экологически чистым способом. Однако, несмотря на достигнутый технический прогресс, они все еще сильно отстают от темпов потребления ископаемого топлива.

В настоящее время всё больше стран уделяют метану повышенное внимание как более предпочтительному источнику энергии, потребление которого могло бы обогнать другие ископаемые виды ресурсов. Эта энергетическая форма ископаемого топлива считается более чистой альтернативой нефти и углю, она богата углеродом и широко распространена в природе. Однако метан считается и более мощным парниковым газом, чем двуокись углерода, и может создавать опасность при его хранении и использовании.

Преимущества метана

Метан получают из различных источников. Известно, что в результате деятельности человека наибольшее количество метана производится в процессе выращивания риса, животноводства, захоронения отходов, сжигания биомассы и добычи угля.

Природные источники включают бактерии или метаногены, разлагающие целлюлозу в кишечнике термитов или в заболоченных местах. Метан производится в анаэробных условиях двумя основными способами:

В последнее время много внимания привлекает газовый гидрат (клатрат) метана, известный как «огненный лед», имеющий форму ледяного кристалла с запертым в нем природным газом - метаном, образованным сочетанием низких температур и высокого давления. Один кубический метр смеси выделяет около 160 кубических метров газа, что делает его высокоэнергоемким топливом. Большая часть метана в основном сосредоточена в районах вечной мерзлоты и континентальных откосах.

Фактические данные показывают, что эти залежи огромны, и в гидратах метана запасено больше энергии, чем во всех ископаемых мировых ресурсах, вместе взятых. Метан производит энергию в виде тепла при воспламенении в результате окислительного пиролиза. Следующие уравнения реакции описывают этот процесс:

CH₄ + O₂ → CO + 2H₂O (окислительный пиролиз)

2H₂ + O₂ → 2H₂O + ЭНЕРГИЯ (тепло)

2CO + O₂ → 2CO₂ + ЭНЕРГИЯ (тепло)

СН₄ + 2О₂ → CO₂ + 2H₂O + 891 кДж/моль

Недостатки метана

Хранение и использование метана может оказаться сложным процессом, создающим возможные трудности, связанные с усугублением проблем изменения климата. Считается, что он как парниковый газ в 20-30 раз сильнее воздействует на потепление климата, чем двуокись углерода. Не так уж сложно представить сценарий, когда вечная мерзлота и гидраты метана начнут оттаивать, выпуская триллионы кубометров метана в атмосферу, ускоряя глобальное потепление. Кроме этого, метан легко воспламеняется и поэтому пожароопасен.

Еще один источник метана связан с сельским хозяйством и жвачными животными. С ними связан открытый вопрос: каким образом эти источники могут быть сокращены, если спрос на мясо и сельскохозяйственную продукцию в ближайшем будущем уменьшаться не собирается?

Мусорные свалки не до конца используют технологии, позволяющие сдерживать выбросы метана, который производится метаногенами.

Будущие направления

Несмотря на экологические проблемы, метан все еще считается лучшей альтернативой традиционному ископаемому топливу, и, безусловно, в настоящее время предпринимаются усилия, чтобы он стал ведущим источником энергии будущего. Эксперты считают, что при использовании клатратов высвобождение метана из кристаллических структур происходит с медленной, а не катастрофической взрывной интенсивностью, и значительная его часть вообще никогда не достигнет атмосферы.

К сожалению, в мире нет бесконечного количества ресурсов и у людей отсутствует способность бережливо к ним относиться, и поэтому использование альтернативных источников энергии неизбежно.

Источник: Stanford University