Hispanopedia WikiEl 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 componente del gas natural . La abundancia de metano en la Tierra lo convierte en un combustible económicamente atractivo , aunque su captura y almacenamiento son difíciles porque es un gas a temperatura y presión estándar . En la atmósfera terrestre, el metano es transparente a la luz visible, pero absorbe la radiación infrarroja , actuando como un gas de efecto invernadero . El metano es un hidrocarburo orgánico y uno de los compuestos orgánicos más simples.
El metano de origen natural se encuentra tanto bajo tierra como bajo el lecho marino y se forma mediante procesos geológicos y biológicos. El mayor reservorio de metano se halla bajo el lecho marino en forma de clatratos de metano . Cuando el metano llega a la superficie y a la atmósfera , se le conoce como metano atmosférico . [ 10 ]
También se ha detectado metano en otros planetas, incluido Marte , lo que tiene implicaciones para la investigación astrobiológica . [ 11 ]
Propiedades y enlaces
El metano es una molécula tetraédrica con cuatro enlaces C–H equivalentes . Su estructura electrónica se describe mediante cuatro orbitales moleculares (OM) de enlace, resultantes del solapamiento de los orbitales de valencia del carbono y el hidrógeno . El OM de menor energía es el resultado del solapamiento 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 se encuentra un conjunto triplemente degenerado de OM que implican el solapamiento de los orbitales 2p del carbono con diversas combinaciones lineales de los orbitales 1s del hidrógeno. El esquema de enlace resultante, de tipo "tres sobre uno", es consistente con las mediciones de espectroscopia de fotoelectrones.
El metano es un gas inodoro, incoloro y transparente a temperatura y presión estándar . [ 12 ] Absorbe la luz visible, especialmente en el extremo rojo del espectro, debido a las bandas de sobretono , pero el efecto solo es perceptible si la trayectoria de la luz es muy larga. Esto es lo que da a Urano y Neptuno sus colores azules o verde azulados, ya que la luz pasa a través de sus atmósferas que contienen metano y luego se dispersa de nuevo. [ 13 ]
El olor característico del gas natural utilizado en los hogares se consigue mediante la adición de un odorizante , 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 , de las cuales se conocen nueve. [ 14 ] 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 fijas en el metano I, es decir, las moléculas de metano pueden rotar libremente. Por lo tanto, es un cristal plástico . [ 15 ]
Reacciones químicas
Las principales reacciones químicas del metano son la combustión , el reformado con vapor para obtener gas de síntesis y la halogenación . En general, las reacciones del metano son difíciles de controlar.
Oxidación selectiva
La oxidación parcial del metano a metanol ( C₆H₅OH ) , un combustible líquido más conveniente, es un desafío porque la reacción generalmente progresa hasta 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 utilizarse para reacciones a escala industrial. [ 16 ] Se han desarrollado algunos sistemas catalizados homogéneamente y sistemas heterogéneos, pero todos tienen inconvenientes significativos. Estos generalmente funcionan generando productos protegidos que están protegidos de la sobreoxidación. Ejemplos incluyen el sistema Catalytica , las zeolitas de cobre y las zeolitas de hierro que estabilizan el sitio activo de oxígeno alfa . [ 17 ]
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 . [ 18 ]
Reacciones ácido-base
Al igual que otros hidrocarburos , el metano es un ácido extremadamente débil . Su pKa en DMSO se estima en 56. [ 19 ] No puede desprotonarse en solución, pero se conoce la base conjugada en formas como el metillitio .
Se han observado diversos iones positivos derivados del metano, principalmente como especies inestables en mezclas de gases a baja presión. Entre ellos se incluyen el catión metenio o metilo CH₃⁺ , el catión metano CH₄⁺ y el metanio o metano protonado CH₅⁺ . Algunos de estos se han detectado en el espacio exterior . El metanio también puede producirse como soluciones diluidas de metano con superácidos . Se han estudiado teóricamente cationes con mayor carga, como CH₆²⁺ y CH₇³⁺ , y se ha conjeturado que son estables. [ 20 ]
A pesar de la fuerza de sus enlaces C–H , existe un gran interés en los catalizadores que facilitan la activación del enlace C–H en el metano (y otros alcanos de menor número atómico ). [ 21 ]
Combustión
El calor de combustión del metano es de 55,5 MJ/kg. [ 22 ] La combustión del metano es una reacción de múltiples etapas que se resume de la siguiente manera:
- CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
- ΔcH = −891 kJ / mol , en condiciones estándar (en condiciones estándar se forma agua líquida, ΔcH = −802 kJ / mol si se considera la formación de vapor de agua ) .
La química de cuatro pasos de Peters es una versión sistemáticamente reducida de una química de cuatro pasos que explica la combustión del metano.
Reacciones de radicales metano
En las condiciones adecuadas, el metano reacciona con los radicales halógenos de la siguiente manera:
- •X + CH 4 → HX + •CH 3
- •CH 3 + X 2 → CH 3 X + •X
donde X es un halógeno : flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) o yodo (I). Este mecanismo para este proceso se llama halogenación por radicales libres . Se inicia cuando la luz UV u otro iniciador de radicales (como los peróxidos ) produce un átomo de halógeno. Se produce una reacción en cadena de dos pasos en la que el átomo de halógeno abstrae un átomo de hidrógeno de una molécula de metano, lo que resulta en la formación de una molécula de haluro de hidrógeno y un radical metilo ( •CH 3 ). El radical metilo reacciona luego con una molécula del halógeno para formar una molécula de halometano, con un nuevo átomo de halógeno como subproducto. [ 23 ] Pueden ocurrir reacciones similares en el producto halogenado, lo que lleva al reemplazo de átomos de hidrógeno adicionales por átomos de halógeno con estructuras de dihalometano , trihalometano y, finalmente, tetrahalometano , dependiendo de las condiciones de reacción y la relación halógeno/metano.
Esta reacción se utiliza comúnmente con cloro para producir diclorometano y cloroformo a través de clorometano . El tetracloruro de carbono se puede obtener con exceso de cloro.
Usos
El metano puede transportarse como líquido refrigerado (gas natural licuado o GNL ). Si bien las fugas de un contenedor 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, cuyo componente principal es el metano.
Combustible
El metano se utiliza como combustible para hornos, hogares, calentadores de agua, hornos de cerámica, automóviles, [ 24 ] [ 25 ] cohetes, turbinas, etc.
Como componente principal del gas natural , el metano es importante para la generación de electricidad al quemarse 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. Con 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 son carbono) muestra que el metano, al ser el hidrocarburo más simple, produce más calor por unidad de masa (55,7 kJ/g) que otros hidrocarburos complejos. En muchas áreas con una población suficientemente densa, el metano se canaliza a hogares y negocios para calefacción , cocina y usos industriales. En este contexto, se le conoce generalmente como gas natural , que se considera que tiene un contenido energético de 39 megajulios por metro cúbico, o 1000 BTU por pie cúbico estándar . El gas natural licuado (GNL) es principalmente metano convertido a estado líquido para facilitar su almacenamiento o transporte.
propulsor de cohete
El metano líquido refinado , así como el GNL, se utilizan como combustible para cohetes , [ 26 ] cuando se combinan con oxígeno líquido , como en los motores TQ-12 , BE-4 , Raptor , YF-215 y Aeon . [ 27 ] Debido a las similitudes entre el metano y el GNL, estos motores se agrupan comúnmente bajo el término methalox .
Como propulsor líquido para cohetes , una combinación de metano/ oxígeno líquido ofrece la ventaja sobre la combinación de queroseno / oxígeno líquido , o kerolox, de producir moléculas de escape pequeñas, reduciendo 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 punto de ebullición y densidad más altos, así como a su falta de fragilización por hidrógeno . [ 28 ] [ 29 ] El menor peso molecular del escape también aumenta la fracción de la energía térmica que se encuentra 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 ligeros para una masa de combustible dada. El metano líquido tiene un rango de temperatura (91–112 K) casi compatible con el oxígeno líquido (54–90 K). El combustible se utiliza actualmente en vehículos de lanzamiento operativos como Zhuque-2 , Vulcan y New Glenn , así como en lanzadores en desarrollo como Starship , Neutron , Terran R , Nova y Long March 9. [ 30 ]
Materia prima química
El gas natural , compuesto principalmente de metano, se utiliza para producir hidrógeno a escala industrial. El reformado de metano con vapor (SMR, por sus siglas en inglés), o simplemente reformado con vapor, es el método industrial estándar para producir hidrógeno a granel comercial. Se producen más de 50 millones de toneladas métricas al año en todo el mundo (2013), principalmente a partir del SMR de gas natural. [ 31 ] Gran parte de este hidrógeno se utiliza en refinerías de petróleo , en la producción de productos químicos y en el procesamiento de alimentos. Se utilizan cantidades muy grandes de hidrógeno en la síntesis industrial de amoníaco .
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 ":
- CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3 H₂
Esta reacción es fuertemente endotérmica (consume calor, ΔrH = 206 kJ /mol). Se obtiene hidrógeno adicional mediante la reacción de CO con agua a través de la reacción de desplazamiento del gas de agua :
- CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂
Esta reacción es ligeramente exotérmica (produce calor, Δ r H = −41 kJ/mol).
El metano también se somete a cloración por radicales libres en la producción de clorometanos, aunque el metanol es un precursor más típico. [ 32 ]
El hidrógeno también puede producirse mediante la descomposición directa del metano, también conocida como pirólisis del 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, a partir de luz solar concentrada, electricidad renovable o la combustión de parte del hidrógeno producido. Si el metano proviene de biogás , el proceso puede actuar como sumidero de carbono . Se requieren temperaturas superiores a 1200 °C para romper los enlaces del metano y producir hidrógeno gaseoso y carbono sólido. [ 33 ] Mediante el uso de un catalizador adecuado, la temperatura de reacción puede reducirse a entre 550 y 900 °C, dependiendo del catalizador elegido. Se han probado docenas de catalizadores, incluidos catalizadores metálicos soportados y no soportados, catalizadores carbonáceos y de metal-carbono. [ 34 ]
La reacción es moderadamente endotérmica, como se muestra en la ecuación de reacción a continuación. [ 35 ]
- CH 4 (g) → C(s) + 2 H 2 (g)
- (Δ H ° = 74,8 kJ/mol )
Refrigerante
Como refrigerante , el metano tiene la designación ASHRAE R-50 .
Generación
El metano puede generarse a través de vías geológicas, biológicas o industriales.
Rutas geológicas
Las dos rutas principales para la generación geológica de metano son (i) orgánica (generada térmicamente o termogénica) y (ii) inorgánica ( abiótica ). [ 11 ] El metano termogénico se produce debido a la descomposición de materia orgánica a temperaturas y presiones elevadas en estratos sedimentarios profundos . La mayor parte del metano en las cuencas sedimentarias es termogénico; por lo tanto, el metano termogénico es la fuente más importante de gas natural. Los componentes del metano termogénico se consideran típicamente reliquias (de un tiempo anterior). Generalmente, la formación de metano termogénico (en profundidad) puede ocurrir a través de la descomposición de materia orgánica o síntesis orgánica. Ambas vías pueden involucrar microorganismos ( metanogénesis ), pero también pueden ocurrir inorgánicamente. Los procesos involucrados también pueden consumir metano, con o sin microorganismos.
La fuente más importante de metano en profundidad (roca madre cristalina) es abiótica. Abiótico significa que el metano se crea a partir de compuestos inorgánicos, sin actividad biológica, ya sea a través de procesos magmáticos o mediante reacciones agua-roca que ocurren a bajas temperaturas y presiones, como la serpentinización . [ 36 ] [ 37 ]
Rutas biológicas
La mayor parte del metano de la Tierra es biogénico y se produce por metanogénesis , [ 38 ] [ 39 ] una forma de respiración anaeróbica que solo se sabe que realizan algunos miembros del dominio Archaea . [ 40 ] Los metanógenos se encuentran en vertederos y suelos , [ 41 ] rumiantes (por ejemplo, ganado vacuno ), [ 42 ] los intestinos de las termitas y los sedimentos anóxicos debajo del lecho marino y el fondo de los lagos.
Este proceso de múltiples etapas es utilizado por estos microorganismos para obtener energía. La reacción neta de la metanogénesis es:
- CO 2 + 4 H 2 → CH 4 + 2 H 2 O
El paso final del proceso es catalizado por la enzima metil coenzima M reductasa (MCR). [ 43 ]
Humedales
Los humedales son las mayores fuentes naturales de metano a la atmósfera, [ 44 ] representando aproximadamente el 20-30% del metano atmosférico. [ 45 ] 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 denomina retroalimentación del metano de los humedales . [ 46 ]
El cultivo de arroz genera hasta el 12% de las emisiones globales totales de metano debido a la inundación prolongada de los arrozales. [ 47 ]
rumiantes
Los rumiantes, como el ganado vacuno, eructan metano, lo que representa aproximadamente el 22 % de las emisiones anuales de metano a la atmósfera en Estados Unidos. [ 48 ] Un estudio informó que el sector ganadero en general (principalmente ganado vacuno, pollos y cerdos) produce el 37 % de todo el metano generado por el ser humano. [ 49 ] Un estudio de 2013 estimó que el ganado representaba el 44 % del metano generado por el ser humano y alrededor del 15 % de las emisiones de gases de efecto invernadero generadas por el ser humano. [ 50 ] Se están realizando muchos esfuerzos para reducir la producción de metano del ganado, como tratamientos médicos y ajustes en la dieta, [ 51 ] [ 52 ] y para capturar el gas y utilizar su energía de combustión. [ 53 ]
sedimentos del fondo marino
La mayor parte del subsuelo marino es anóxica porque el oxígeno es eliminado por microorganismos aerobios en los primeros centímetros del sedimento . Debajo del fondo marino rico en oxígeno, los metanógenos producen metano que es utilizado por otros organismos o queda atrapado en hidratos de gas . [ 40 ] Estos otros organismos que utilizan metano como fuente de energía se conocen como metanótrofos ("que consumen metano") y son la razón principal por la que poco metano generado en profundidad llega a la superficie del mar. [ 40 ] Se ha descubierto que consorcios de arqueas y bacterias oxidan el metano mediante oxidación anaeróbica del metano (AOM); los organismos responsables de esto son las arqueas metanotróficas anaerobias (ANME) y las bacterias reductoras de sulfato (SRB). [ 54 ]
Rutas industriales
Dada su abundancia y bajo costo en gas natural, existen pocos incentivos para producir metano industrialmente. El metano se puede producir mediante la hidrogenación de dióxido de carbono a través del proceso Sabatier . El metano también es un subproducto de la hidrogenación de 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 , inaugurada en 1984 en Beulah, Dakota del Norte, con el objetivo de aprovechar los abundantes recursos locales de lignito de baja calidad , un recurso difícil de transportar debido a su peso, contenido de cenizas , bajo poder calorífico y propensión a la combustión espontánea durante el almacenamiento y el transporte. Existen varias plantas similares en todo el mundo, aunque la mayoría se dedican a la producción de alcanos de cadena larga para su uso como gasolina , diésel o materia prima para otros procesos.
La tecnología Power toethane utiliza energía eléctrica para producir hidrógeno a partir de agua mediante electrólisis y emplea la reacción de Sabatier para combinar hidrógeno con dióxido de carbono y producir metano.
Síntesis de laboratorio
El metano se puede producir mediante la protonación de metil litio o un reactivo de Grignard de metilo , como el cloruro de metilmagnesio . También se puede obtener a partir de acetato de sodio anhidro e hidróxido de sodio seco , mezclados y calentados a más de 300 °C (con carbonato de sodio como subproducto). En la práctica, la necesidad de metano puro se puede satisfacer fácilmente con bombonas de gas de acero de proveedores de gas estándar.
Aparición
El metano 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 , siendo la extracción de gas de vetas de carbón una fuente importante (véase extracción de metano de lecho de carbón , un método para extraer metano de un depósito de carbón , mientras que recuperación mejorada de metano de lecho de carbón es un método para recuperar metano de vetas de carbón no explotables). Está asociado con otros combustibles de hidrocarburos y, a veces, acompañado de helio y nitrógeno . El metano se produce a niveles superficiales (baja presión) por descomposición anaeróbica de materia orgánica y metano reprocesado de las profundidades 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 se transporta generalmente a granel por gasoducto en su forma de gas natural, o por buques metaneros en su forma líquida; pocos países lo transportan por camión.
Metano atmosférico y cambio climático
El metano es un importante gas de efecto invernadero , responsable de alrededor del 30% del aumento de las temperaturas globales desde la revolución industrial. [ 55 ]
El metano tiene un potencial de calentamiento global (PCG) de 29,8 ± 11 en comparación con el CO₂ (potencial de 1) durante un período de 100 años, y de 82,5 ± 25,8 durante un período de 20 años. [ 56 ] Esto significa que, por ejemplo, una fuga de una tonelada de metano equivale a emitir 82,5 toneladas de dióxido de carbono. La combustión de metano y la producción de dióxido de carbono también reducen el impacto de los gases de efecto invernadero en comparación con la simple liberación de metano a la atmósfera.
A medida que el metano se convierte gradualmente en dióxido de carbono (y agua) en la atmósfera, estos valores incluyen el forzamiento climático derivado 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, [ 57 ] de las cuales el 40% proviene de fuentes naturales y el 60% restante se origina en la actividad humana, conocidas como emisiones antropogénicas. La principal 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 de carbón, petróleo, gas natural y biocombustibles. [ 58 ]
Las concentraciones históricas de metano en la atmósfera mundial han oscilado entre 300 y 400 nmol/mol durante los periodos glaciales, comúnmente conocidos como edades de hielo , y entre 600 y 700 nmol/mol durante los periodos interglaciales cálidos . Un sitio web de la NASA de 2012 afirmaba que los océanos eran una fuente potencial importante de metano en el Ártico, [ 59 ] pero estudios más recientes asocian el aumento de los niveles de metano con la actividad humana. [ 60 ]
El monitoreo global de las concentraciones de metano atmosférico comenzó en la década de 1980. [ 60 ] La concentración de metano atmosférico de la Tierra ha aumentado un 160 % desde los niveles preindustriales de mediados del siglo XVIII. [ 60 ] En 2013, el metano atmosférico representó el 20 % del forzamiento radiativo total de todos los gases de efecto invernadero de larga duración y mezclados globalmente. [ 61 ] Entre 2011 y 2019, el aumento promedio anual de metano en la atmósfera fue de 1866 ppb. [ 62 ] De 2015 a 2019 se registraron fuertes aumentos en los niveles de metano atmosférico. [ 63 ] [ 64 ]
En 2019, la concentración atmosférica de metano fue superior a la de cualquier otro momento de los últimos 800 000 años. Como se indica en el AR6 del IPCC , «Desde 1750, los aumentos en las concentraciones de CO₂ (47 %) y CH₄ ( 156 %) superan con creces, y los aumentos en N₂O (23 %) son similares a, los cambios naturales multimilenarios entre períodos glaciales e interglaciales durante al menos los últimos 800 000 años (con muy alta confianza)» . [ 62 ] [ a ] [ 65 ]
En febrero de 2020, se informó que las emisiones fugitivas y la liberación de gases de la industria de combustibles fósiles podrían haber sido subestimadas significativamente. [ 66 ] [ 67 ] El mayor aumento anual se produjo en 2021, siendo el porcentaje abrumador causado por la actividad humana. [ 60 ]
El cambio climático puede aumentar los niveles de metano atmosférico al incrementar la producción de metano en los ecosistemas naturales, formando una retroalimentación del cambio climático . [ 40 ] [ 68 ] Otra explicación para el aumento de las emisiones de metano podría ser una ralentización de la reacción química que elimina el metano de la atmósfera. [ 69 ]
Más de 100 países han firmado el Compromiso Mundial sobre el Metano , lanzado en 2021, comprometiéndose a reducir sus emisiones de metano en un 30 % para 2030. [ 70 ] Esto podría evitar un calentamiento global de 0,2 °C para 2050, aunque se han hecho llamamientos para que se adopten compromisos mayores con el fin de alcanzar este objetivo. [ 71 ] 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». [ 72 ]
Según el informe Global Methane Tracker 2026 de la AIE, no hay indicios de que las emisiones mundiales de metano relacionadas con la energía hayan disminuido en 2025, manteniéndose estas en niveles muy elevados. La producción récord de combustibles fósiles fue responsable del 35 % de las emisiones de metano de origen humano, estimadas en 124 Mt, un ligero aumento con respecto a los 121 Mt de 2024. [ 73 ]
Clatratos
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 depósitos de clatratos de metano en el permafrost ártico y a lo largo de los márgenes continentales bajo el lecho oceánico dentro de la zona de estabilidad de clatratos de gas , ubicada a altas presiones (1 a 100 MPa; el extremo inferior requiere menor temperatura) y bajas temperaturas (< 15 °C; el extremo superior requiere mayor presión). [ 74 ] Los clatratos de metano pueden formarse 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 contribuyente potencial al calentamiento global. [ 75 ] [ 76 ] La masa global de carbono almacenada en clatratos de gas aún es incierta y se ha estimado en hasta 12 500 Gt de carbono y tan baja como 500 Gt de carbono. [ 46 ] La estimación ha disminuido con el tiempo con una estimación más reciente de ≈1800 Gt de carbono. [ 77 ] Gran parte de esta incertidumbre se debe a nuestra falta de conocimiento sobre las fuentes y sumideros de metano y la distribución de clatratos de metano a escala global. Por ejemplo, se descubrió una fuente de metano relativamente hace poco en una dorsal de expansión ultralenta en el Ártico. [ 45 ] Algunos modelos climáticos sugieren que el régimen de emisión de metano actual del fondo oceánico 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 de la disociación de clatratos llegue actualmente a la atmósfera. [ 77 ] La liberación de metano ártico 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 cañón de clatratos . [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] Los datos de 2016 indican que el permafrost ártico se descongela más rápido de lo previsto. [ 82 ]
Seguridad pública y medio ambiente
El metano "degrada la calidad del aire y afecta negativamente la salud humana, los rendimientos agrícolas y la productividad de los ecosistemas". [ 83 ]
La fuga de gas metano de 2015-2016 en Aliso Canyon, California, fue considerada la peor en términos de su impacto ambiental en la historia de Estados Unidos. [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] También se describió como más dañina para el medio ambiente que la fuga de Deepwater Horizon en el Golfo de México. [ 87 ]
En mayo de 2023, The Guardian publicó un informe que culpaba a Turkmenistán como el peor país del mundo en emisiones masivas de metano . Los datos recopilados por los investigadores de Kayrros indican que dos grandes yacimientos de combustibles fósiles turcomanos liberaron 2,6 millones y 1,8 millones de toneladas métricas de metano solo en 2022, emitiendo a la atmósfera el equivalente a 366 millones de toneladas de CO₂, superando las emisiones anuales de CO₂ del Reino Unido . [ 88 ]
metano extraterrestre
El metano es abundante en muchas partes del Sistema Solar y potencialmente podría cosecharse en la superficie de otro cuerpo del Sistema Solar (en particular, utilizando la producción de metano a partir de materiales locales encontrados en Marte [ 89 ] o Titán ), proporcionando combustible para un viaje de regreso. [ 26 ] [ 90 ]
Se ha detectado metano en todos los planetas del Sistema Solar y en la mayoría de las lunas más grandes. Con la posible excepción de Marte , se cree que proviene de procesos abióticos . [ 91 ] [ 92 ]
medio interestelar
La astronomía infrarroja ha detectado metano en nubes moleculares del medio interestelar . [ 93 ]
Marte
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 en 0,6 partes por mil millones. [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] 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. [ 102 ] Ha habido cierta especulación de que los microbios metanogénicos , como las bacterias en el subsuelo, también podrían ser responsables del metano en Marte; sin embargo, no hay otra evidencia de que tales formas de vida existan. [ 103 ]
Se ha propuesto el metano 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 . [ 104 ] Se puede utilizar una adaptación de la reacción de metanación de Sabatier con un lecho de catalizador mixto y una reacción inversa de desplazamiento de gas de agua en un solo reactor para producir metano y oxígeno a partir de las materias primas disponibles en Marte, utilizando agua del subsuelo marciano y dióxido de carbono en la atmósfera marciana . [ 89 ]
Titán
Se ha detectado metano en gran abundancia en Titán , la luna más grande de Saturno . Constituye una parte significativa de su atmósfera y también existe en estado líquido en su superficie, donde constituye la mayor parte del líquido en los vastos lagos de hidrocarburos de Titán, el segundo más grande de los cuales se cree que tiene una composición casi pura de metano. [ 105 ]
La presencia de lagos estables de metano líquido en Titán, así como la alta actividad química y riqueza en compuestos orgánicos de su superficie, han llevado a los científicos a considerar la posibilidad de que exista vida en los lagos de Titán, utilizando metano como disolvente en lugar de agua para la vida terrestre [ 106 ] y utilizando hidrógeno en la atmósfera para obtener energía con acetileno . [ 107 ]
Historia
El descubrimiento del metano se atribuye al físico italiano Alessandro Volta , quien caracterizó numerosas propiedades, incluyendo su límite de inflamabilidad y su origen a partir de materia orgánica en descomposición. [ 108 ]
Volta se sintió motivado inicialmente por los informes de su amigo, el padre Carlo Giuseppe Campi, sobre la presencia de "aire inflamable" en los pantanos. Durante una excursión de pesca al lago Mayor, situado entre Italia y Suiza, en noviembre de 1776, observó la presencia de burbujas en los pantanos cercanos y decidió investigar. Volta recogió el gas que emanaba del pantano y demostró que este se incendiaba al exponerlo a una llama o chispa. [ 108 ] [ 109 ]
Volta señala que observaciones similares de "aire inflamable" ya estaban presentes en la literatura científica, incluyendo una carta escrita por Benjamin Franklin . [ 110 ]
Tras el desastre de la mina Felling en 1812, en el que perecieron 92 hombres, Sir Humphry Davy estableció que el temido grisú era en realidad en gran parte metano. [ 111 ]
El nombre "metano" fue acuñado en 1866 por el químico alemán August Wilhelm von Hofmann . [ 112 ] [ 113 ] El nombre se derivó del metanol .
Etimología
Etimológicamente, la palabra metano se acuña a partir del sufijo químico " -ano ", que denota sustancias pertenecientes a la familia de los alcanos; y la palabra metilo , que deriva del alemán Methyl (1840) o directamente del francés méthyle , que es una derivación regresiva del francés méthylène (correspondiente al inglés "methylene"), cuya raíz fue acuñada por Jean-Baptiste Dumas y Eugène-Melchior Péligot en 1834 a partir del griego μέθυ méthy (vino) (relacionado con el inglés "mead") y ὕλη hýlē (que significa "madera"). El radical recibe su nombre de esto porque se detectó por primera vez en el metanol , un alcohol aislado por primera vez mediante la destilación de la madera. El sufijo químico -ano proviene del sufijo químico coordinante -ina , que proviene del sufijo femenino latino -ina, que se aplica para representar abstractos. La coordinación de "-ano", " -eno ", " -ona ", etc., fue propuesta en 1866 por el químico alemán August Wilhelm von Hofmann . [ 114 ]
Abreviaturas
La abreviatura CH₄ - 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 CH₄ - C. [ 115 ] [ 116 ] CH₄ - C también puede significar la relación metano-carbono, que es 1,33 en masa. [ 117 ] El metano a escalas atmosféricas se mide comúnmente en teragramos (Tg CH₄ ) o millones de toneladas métricas (MMT CH₄ ) , que significan lo mismo. [ 118 ] También se utilizan otras unidades estándar, como nanomol (nmol, una milmillonésima parte de un mol), mol ( mol), kilogramo y gramo .
Seguridad
El metano es un gas asfixiante , lo que significa que no es tóxico y su principal riesgo para la salud es el desplazamiento del oxígeno en concentraciones suficientemente altas, lo que puede provocar la muerte por asfixia . No se ha detectado toxicidad sistémica a una concentración del 5 % en el aire. [ 119 ]
El metano es un gas extremadamente inflamable a temperatura ambiente normal. [ 119 ] Puede formar mezclas explosivas con el aire. Las explosiones de gas metano son responsables de muchos desastres mineros mortales. [ 120 ] 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, que causó la muerte de 29 personas. [ 121 ] La liberación accidental de gas natural también ha sido un foco importante en el campo de la ingeniería de seguridad , debido a liberaciones accidentales anteriores que culminaron en la formación de desastres de incendios de chorro . [ 122 ] [ 123 ]
Véase también
- Desastre en la mina de Zasyadko en 2007
- Origen abiogénico del petróleo
- Producción aeróbica de metano
- Digestión anaeróbica
- Respiración anaeróbica
- Emisiones de metano del Ártico
- metano atmosférico
- Biogás
- Campo de filtraciones de Coal Oil Point
- Densidad de energía
- Emisiones fugitivas de gases
- Iniciativa Global del Metano
- Thomas Gold
- Halometano , derivados halogenados del metano.
- Ciclo del hidrógeno
- Gas industrial
- Lago Kivu (más general: erupción límnica )
- Lista de alcanos de cadena lineal
- Metanación
- Emisiones de metano
- Metano en Marte:
- Metanógenos , arqueas que producen metano.
- Metanogénesis , microorganismos que producen metano.
- Metanótrofos , bacterias que crecen con metano.
- Grupo metilo , un grupo funcional relacionado con el metano.
Notas explicativas
- ↑ En 2013, los científicos del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) advirtieron que las concentraciones atmosféricas de metano habían "superado los niveles preindustriales en aproximadamente un 150%, lo que representaba "niveles sin precedentes en al menos los últimos 800.000 años".
- ↑ Existen muchasreacciones de serpentinización . El olivino es una solución sólida entre la forsterita y la fayalita , cuya fórmula general es (Fe,Mg) ₂SiO₄ . La reacción que produce metano a partir del olivino se puede escribir como: Forsterita + Fayalita + Agua + Ácido carbónico → Serpentina + Magnetita + Metano , o (en forma balanceada):
- 18 Mg 2 SiO 4 + 6 Fe 2 SiO 4 + 26 H 2 O + CO 2 → 12 Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4 Fe 3 O 4 + CH 4
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El metano es un nombre conservado (véase P-12.3) que se prefiere al nombre sistemático 'carbano', un nombre que nunca se recomendó para reemplazar al metano, pero que se utilizó para derivar los nombres 'carbeno' y 'carbino' para los radicales H 2 C 2• y HC 3• , respectivamente.
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A diferencia del queroseno, el GNL puede utilizarse para autopresurizar su tanque. Conocido como represurización autógena, esto elimina la necesidad de sistemas costosos y complejos que utilizan las escasas reservas de helio de la Tierra. El GNL también posee características de combustión limpia incluso a bajas revoluciones, lo que simplifica la reutilización del motor en comparación con los combustibles de queroseno.
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Fuentes citadas
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Enlaces externos
- El metano en la tabla periódica de los vídeos (Universidad de Nottingham)
- Ficha Internacional de Seguridad Química 0291
- Hidratos de gas (metano): una nueva frontera – Servicio Geológico de los Estados Unidos (archivado el 6 de febrero de 2004)
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- CDC – Manual para el control del metano en la minería (PDF)
- Metano
- Digestión anaeróbica
- Gas combustible
- Combustibles
- Moléculas de señalización gaseosas
- gases de efecto invernadero
- Gases industriales
- Compuestos orgánicos con 1 átomo de carbono
