لماذا يستخدم الميثان كوقود؟ يُستخدم الميثان كوقود بسبب توفره الوفير. يتواجد الميثان بكميات هائلة في الأرض، سواءً في الطبيعة أو في مصادر اصطناعية. يُستخرج الميثان عادة من مصادر طبيعية مثل حقول الغاز الطبيعي والمستنقعات والأمعاء الحيوانية. ونظرًا لوفرة الميثان، يعتبر استخدامه كوقود خيارًا متوفرًا ومستدامًا لتلبية احتياجات الطاقة.
ما هو الميثان؟
الميثان هو غاز طبيعي عديم اللون والرائحة، وهو واحد من أبسط المركبات العضوية. يتكون الميثان من ذرة كربون وأربع ذرات هيدروجين، ويعرف كواحد من أهم الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي للأرض. ومع ذلك، يُستخدم الميثان أيضًا كوقود في عدد من التطبيقات المختلفة، ويعتبر خيارًا مستدامًا وفعالًا من حيث التكلفة للعديد من الأسباب.
كيف يتكون غاز الميثان؟
ويتكون هذا الغاز بشكل طبيعي وصناعي. وينتج هذا الغاز في تكوينه الطبيعي عن تحلل المواد العضوية والكائنات الحية والنباتات. وكمية هذا الغاز المنتجة في الأهوار عالية جدًا ولهذا السبب يطلق عليه أيضًا اسم غاز الأهوار. وفي المستنقعات، يتم الحصول على غاز الميثان من تحلل النباتات المختلفة. وهذه طريقة طبيعية لإنتاج غاز الميثان الذي يتم إنتاجه بكميات كبيرة. وبالإضافة إلى هذه الطريقة، يمكن إنتاج غاز الميثان في المختبرات واستخدامه في الصناعات المختلفة. في صناعة النفط، يتم الحصول على غاز الميثان من التقطير التجزيئي للنفط الخام.
استخدام الميثان كوقود
يُستخدم الميثان كوقود لعدة أسباب. إن توافره الوفير، ونظافته البيئية، وتعدد استخداماته في العديد من الصناعات، جعله خيارًا مستدامًا وفعالًا لتلبية احتياجات الطاقة الحالية والمستقبلية. ومن المتوقع أن يستمر الاهتمام بالميثان كوقود حيوي ومصدر للطاقة المستدامة في السنوات القادمة، مع تحسين التكنولوجيا وزيادة الوعي بأهميته في تقليل الانبعاثات الضارة والاعتماد على مصادر الطاقة النظيفة.
لماذا يستخدم الميثان كوقود؟
الميثان هو وقود نظيف وصديق للبيئة. عند احتراق الميثان، يتحول إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، وهما من المركبات الغير ضارة بالبيئة. بالمقارنة مع الوقود الحفري الأخرى مثل الفحم والبترول، ينتج احتراق الميثان كمية أقل من الانبعاثات الضارة، مما يقلل من تأثيره السلبي على تغير المناخ وجودة الهواء. يستخدم الميثان كوقود لعدة أسباب:
1. توافر وفير
يوجد الميثان بكميات كبيرة في الطبيعة، ويتولد من خلال عمليات التحلل البيولوجي للمواد العضوية في المستنقعات ومحطات معالجة الصرف الصحي ومن خلال العمليات الجيولوجية. هذا يعني أنه يمكن الحصول على كميات كبيرة من الميثان بسهولة، ويجعله خيارًا متاحًا ومتجددًا من حيث الموارد.
2. انبعاثات منخفضة للكربون
عند احتراق الميثان في وحدات توليد الكهرباء أو المركبات، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء فقط كناتجين جانبيين. ويعتبر ثاني أكسيد الكربون أحد الغازات التي تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري، لكن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من احتراق الميثان أقل بكثير مقارنة بالوقود الأحفوري الأخرى مثل الفحم والنفط.
3. قابلية التخزين والنقل
يمكن تخزين الميثان في صورة غاز طبيعي مضغوط (CNG) أو سائل مضغوط (LNG)، مما يسهل نقله وتخزينه. هذا يجعله خيارًا مناسبًا للاستخدام في المركبات الواقعة بعيدًا عن شبكات الغاز الطبيعي.
4. استخدامات متعددة
بالإضافة إلى استخدامه كوقود لتوليد الكهرباء والمركبات، يمكن استخدام الميثان في صناعات أخرى مثل الكيمياء والبتروكيماويات لإنتاج المنتجات الكيميائية الأخرى.
يجب أن نأخذ في الاعتبار أن انبعاثات الميثان نفسه كغاز ثانوي على مراحل استخراجه وإنتاجه قد تساهم في تغير المناخ، حيث يعد الميثان غازاً أكثر فاعلية في الاحتباس الحراري من ثاني أكسيد الكربون. لذلك، يجب أن يتم إدارة عمليات استخلاص الميثان بعناية للحد من تسربه إلى الجو.
استخدام الميثان في الصناعات
الميثان يُستخدم في العديد من الصناعات والتطبيقات. يُمكن استخدام الميثان كوقود لتوليد الكهرباء وتسخين المنازل والمباني، وهو أيضًا يستخدم في قطاعات النقل والصناعات الكيماوية. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن استخدام الميثان كوقود للسيارات والحافلات والشاحنات عن طريق تحويله إلى غاز الطبيعي المضغوط (CNG) أو تسخينه وتحويله إلى هيدروجين لتشغيل الخلايا الوقود.
يُعتبر الميثان أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي المسال (LNG). يتم تبريده إلى درجات حرارة منخفضة جدًا (-162 درجة مئوية) لتحويله إلى سائل،وهذا يتيح للميثان أن يُنقل ويُخزن بكفاءة عالية. يُستخدم الغاز الطبيعي المسال في العديد من التطبيقات، بما في ذلك توليد الكهرباء، والتدفئة، والطهي، والاستخدامات الصناعية.
استخدام الميثان كوقود في المنازل
يمكن استخدام الميثان كوقود في المنازل لأغراض التدفئة وإنتاج الطاقة. يستخدم الميثان عادة في صورة الغاز الطبيعي، الذي يتكون بشكل رئيسي من الميثان.
توجد عدة طرق لاستخدام الميثان في المنازل، منها:
1. النظام المركزي للتدفئة
يمكن استخدام الميثان كوقود لتشغيل أنظمة التدفئة المركزية في المنازل. يتم ضخ الغاز الطبيعي الميثان إلى موقد أو فرن مركزي يوزع الحرارة في الأنابيب ويسخن الهواء أو الماء العائد إلى الغرف.
2. سخانات المياه
يمكن استخدام الميثان لتشغيل سخانات المياه في المنازل. يتم توصيل الغاز الطبيعي الميثان إلى سخان المياه الذي يسخن المياه المارة عبره ويوفر المياه الساخنة للاستخدام في الاستحمام والغسيل والأغراض المنزلية الأخرى.
3. الموقد والشواية
يمكن استخدام الميثان في تشغيل المواقد والشوايات في المنازل. يتم توصيل الغاز الطبيعي الميثان إلى الموقد أو الشواية لتوليد اللهب الذي يستخدم لطهي الطعام.
يجب الانتباه إلى أنه يتطلب استخدام الميثان كوقود في المنازل وجود شبكة غاز طبيعي متاحة في المنطقة. كما يجب تثبيت أنظمة الغاز والأجهزة المناسبة بواسطة فني مؤهل ومراعاة إجراءات السلامة المناسبة لتجنب تسرب الغاز وحدوث حوادث.
ما هو استخدام غاز الميثان؟
لغاز الميثان العديد من التطبيقات ويستخدم في مجموعة واسعة من المجالات. فمثلاً الغاز الذي يتم حرقه في المنازل وللاستخدام الشخصي والمستخدم للتدفئة والطهي هو غاز الميثان وامتزاجه مع البيوتان.
وتشمل الاستخدامات الأخرى لغاز الميثان استخدامه كوقود في محطات توليد الطاقة والمصانع المختلفة. على سبيل المثال، يستخدم هذا الغاز كوقود في محطات الطاقة. ويستخدم غاز الميثان أيضًا لإنتاج مركبات مختلفة مثل الأمونيا.
استخدام آخر لهذا الغاز هو في صناعة الصواريخ. ويتم تنقية هذا الغاز واستخدامه كوقود لهذه الصواريخ. أحد الاستخدامات الأكثر انتشارًا لغاز الميثان هو استخدامه كوقود لآلات حرق الغاز في محطات الغاز الطبيعي المضغوط.
وتشمل الاستخدامات الأخرى لهذا الغاز استخدامه لتصنيع مواد كيميائية مختلفة مثل حمض الأسيتيك. ويستخدم غاز الميثان أيضًا في تصنيع المبيدات الحشرية. الاستخدام الشائع الآخر لغاز الميثان هو استخدامه لإنتاج الميثانول، والذي له استخدامات عديدة.
توليد الكهرباء باستخدام غاز الميثان
الاستخدام الرئيسي لهذا الغاز هو استخدامه كوقود لمحطات الطاقة، مما ينتج عنه إنتاج الكهرباء. يتم حرق هذا الغاز في محطات توليد الطاقة ويؤدي إلى تفاعل الاحتراق. يتم إنتاج الكهرباء من الطاقة التي يتم الحصول عليها من حرق غاز الميثان في محطات توليد الطاقة. وبطبيعة الحال، هذه الكهرباء لديها نطاق صغير. تم اكتشاف تطبيق آخر للميثان في محطات توليد الطاقة مؤخرًا. ونظرًا لأن الميثان من الغازات الدفيئة، فإن حرقه ينتج ثاني أكسيد الكربون، وهو ضار بالطبيعة والبيئة.
ولهذا السبب سعى العلماء إلى اكتشاف طريقة جديدة لاستخدام غاز الميثان لحل مشكلة كون هذه المادة المفيدة ضارة بالبيئة. ومؤخراً، ابتكر علماء وباحثو هذه الجامعة في جامعة ولاية بنسلفانيا في الولايات المتحدة طريقة يتم من خلالها تقليل الأضرار والخسائر الناجمة عن استخدام غاز الميثان للبيئة بشكل كبير وتصبح قريبة من الصفر. وقد قام العلماء في هذا المختبر ببناء جهاز يستخدم خلايا الوقود التي تستخدم الطرق الميكروبية والمجهرية لتحويل غاز الميثان إلى كهرباء، دون ترك أي تلوث وراءه.
غاز الميثان كوقود لرواد الفضاء
عندما يصل رواد الفضاء إلى المريخ، قد يواجهون مشاكل في الوقود، ونتيجة لذلك، لن تكون عودتهم في الموعد المحدد. اكتشف العلماء ورواد الفضاء طريقة يمكنهم من خلالها استخدام الكربون والهيدروجين الموجودين على المريخ لإنتاج غاز الميثان الخاص بهم واستخدامه كوقود. في الواقع، يوجد ثاني أكسيد الكربون والجليد بكثرة على المريخ.
ووفقاً لهذه النظرية، يستطيع رواد الفضاء إنتاج غاز الميثان باستخدام الكربون الموجود في ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين الموجود في بنية الماء الموجودة على شكل جليد. في هذه الطريقة، يتم استخدام الزنك كمحفز. وميزة الزنك هي أنه، من حيث الوقت، يتفاعل بشكل أسرع بكثير من العناصر الأخرى، كما أنه سهل الحمل، ونتيجة لذلك، يمكن لرواد الفضاء حمله معهم وإلى المريخ، الميثان الذي يحتاجون إليه. خلال هذا التفاعل، يتم ذرات الزنك وتفريقها. ولهذا السبب، يمكنها استخدام الجليد الموجود على المريخ للحصول على غاز الميثان من ثاني أكسيد الكربون.
الميثان لتزويد السيارات بالوقود
هناك العديد من السيارات التي تستخدم الغاز الطبيعي كوقود بدلاً من البنزين. ونتيجة لذلك فإن الوقود المستخدم لهذه السيارات هو الميثان. تحتوي هذه السيارات على كبسولات خاصة تحمل الغاز وتستخدم لتحريك السيارة.
عند التزود بالوقود، يدخل الغاز إلى هذه الكبسولة ويتم قفله فيها. وفي الواقع، ونظراً لارتفاع حجم الغاز الطبيعي، فإنه لا يمكن استخدامه بطريقة طبيعية حيث يتم استهلاكه في المنازل. لأنه يتعين علينا قفله في مكان حتى نتمكن من استخدامه. في هذه الحالة، يجب أن يكون حجمه كبيرًا جدًا، وإذا انخفض الحجم، ستنخفض كثافته أيضًا وقد تكون خطيرة. ونتيجة لذلك، يتم تكثيف الغاز الطبيعي الذي يستخدم كوقود للسيارات بمائتين وخمسين مرة، ونتيجة لذلك، وبحجم مناسب، يكون ذو كثافة عالية ويمكن استخدامه كوقود.
