Domů Látky V IRZ Methan (CH4)

Methan (CH4)

Základní informace

Pořadové číslo látky v IRZ/E-PRTR 1
Další názvy bioplyn, bahenní plyn, methylhydrid, důlní plyn
Číslo CAS 74-82-8
Chemický vzorec CH4

Ohlašovací prahy pro úniky a přenosy pro ohlašování do IRZ/E-PRTR

Úniky do ovzduší (kg/rok)100 000
Úniky do vody (kg/rok)-
Úniky do půdy (kg/rok)-
Přenosy v odpadních vodách (kg/rok)-
Přenosy v odpadech (kg/rok)-
Rizikové složky životního prostředíovzduší

H- a P-věty

Číslo CAS 74-82-8; Indexové číslo 601-001-00-4*
Standardní věty o nebezpečnostiPokyny pro bezpečné zacházení
H220 Extrémně hořlavý plyn

P210 Chraňte před teplem, horkými povrchy, jiskrami, otevřeným ohněm a jinými zdroji zapálení. Zákaz kouření.

P377 Požár unikajícího plynu: Nehaste, nelze-li únik bezpečně zastavit.

P381 Odstraňte všechny zdroje zapálení, můžete-li tak učinit bez rizika.

* Indexové číslo, harmonizovaná klasifikace dle přílohy VI, nařízení (ES) č. 1272/2008, ve znění pozdějších předpisů.

Základní charakteristika

Methan je nejjednodušší alkan (uhlovodík), který je za normálního tlaku a teploty bezbarvý plyn bez zápachu (teplota varu činí -161 °C). Může se rovněž vyskytovat kapalný v tlakových nádobách. Jedná se o vysoce hořlavou a v určitých koncentracích (5-15 % obj.) ve směsi se vzduchem výbušnou látku. Jeho hustota při laboratorní teplotě (21 °C) činí 0,676 kg.m-3 oproti 1,29 kg.m-3 vzduchu.

Použití

Methan je podstatnou součástí zemního plynu (85 %), který je běžně používán jako palivo jak v domácnostech, tak v průmyslu. V automobilové dopravě představuje jednu z pohonných látek, pod označením CNG (Compressed Natural Gas: stlačený zemní plyn). Při spalování se přeměňuje na CO2 a H2O. Rovněž je používán v chemickém průmyslu při výrobě různých látek (acetylen, vodík, kyanidy a methanol). Produkce methanu je v členských zemích EU regulována Kyotským protokolem. Mezi největší „producenty" patří v ČR skládky odpadů.

Zdroje úniků

Zdrojem emisí jsou obecně především biologické pochody probíhající bez přístupu kyslíku (v důsledku biologického rozkladu organické hmoty), kdy je methan konečným produktem redukce organických látek. V přírodě se methan vyskytuje rovněž při zahnívacích procesech, například v rašeliništích, kde se někdy označuje jako bahenní plyn, nebo je produktem biologické činnosti živočichů. Ukazuje se, že zhruba 80 % současných emisí methanu je biologického původu. Mezi přírodní zdroje emisí methanu patří: všechny druhy mokřadů (50 % přírodních emisí), výměna plynů mezi atmosférou a oceány (10-20 mil. tun methanu ročně), termiti (10-20 mil. tun methanu ročně).

Mezi antropogenní zdroje methanu patří:

  • Chov domácích zvířat (především skotu, 65-100 mil. tun ročně);
  • Emise z těžby a zpracování fosilních paliv (40-100 mil. tun ročně);
  • Spalování biomasy (20-100 mil. tun ročně);
  • Skládky odpadů (20-70 mil. tun ročně);
  • Pěstování rýže (170 mil. tun ročně);
  • Výroba látek jako acetylen, vodík, kyanidy a methanol;
  • Koksárenství;
  • Čistírny odpadních vod s anaerobní stabilizací kalu (vyhnívání, vznik bioplynu).

Antropogenní emise methanu tvoří přibližně 60 % celosvětových emisí methanu do atmosféry. Emise pocházející z úniků zemního plynu z plynárenských, dopravních a rozvodných zařízení jsou zejména ve vyspělých zemích menší než 1 % celkového dodávaného množství plynu a na celkových emisích methanu se proto podílejí jen nepatrně.

Dopady na životní prostředí

Vzhledem ke své povaze (plynná látka) proniká methan pouze do ovzduší. Ostatní složky životního prostředí nejsou methanem ovlivněny, pokud však pomineme sekundární dopady například klimatického jevu zvaného skleníkový efekt, ke kterému methan přispívá.

Methan přítomný v atmosféře absorbuje infračervené záření zemského povrchu, které by jinak uniklo do vesmírného prostoru. Tímto způsobem methan přispívá k oteplování atmosféry a řadí se proto mezi skleníkové plyny (tedy plyny přispívající k intenzifikaci tzv. skleníkového efektu a následně ke globálnímu oteplování planety). Potenciál methanu přispívat k intenzifikaci skleníkového efektu (tedy schopnost molekul absorbovat unikající infračervené záření zemského povrchu) je odhadován jako 23x silnější ve srovnání s nejvíce diskutovaným oxidem uhličitým. To však na druhou stranu, v souvislosti s jeho relativně krátkým setrváváním v atmosféře (12 let) dává prostor úvahám o možném zpomalení globálního oteplování v krátkodobém horizontu (cca 25 let), pokud však zaznamenaná stagnace jeho koncentrace v atmosféře v posledních letech nebude následována dalším nárůstem. Přestože jsou za látky poškozující ozonovou vrstvu Země označovány především organické sloučeniny s obsahem chloru, je prokázáno, že na rozkladu stratosférického ozonu se podílí i methan.

Methan je za normálních podmínek plynnou látkou lehčí než vzduch, proto je jeho transport v atmosféře možný v podstatě bez omezení. Vzhledem k tomu, že je navíc téměř nerozpustný ve vodě, není z ovzduší v podstatné míře odstraňován ani srážkovou činností. Proto lze jeho působení označit jako globální.

 

Dopady na zdraví člověka, rizika

Krátkodobá expozice člověka vůči vysokým koncentracím methanu může vést k udušení z důvodu nedostatku kyslíku. V nebezpečných případech může nastat ztráta vědomí, zástava srdce nebo dojít k poškození centrálního nervového systému. Další přímý negativní vliv na zdraví člověka může představovat potřísnění kapalným methanem způsobující závažné omrzliny. To však je vzhledem ke způsobu využívání methanu spíše nepravděpodobný scénář. Rizikem spojeným s výskytem a využitím methanu je jeho výbušnost ve směsi se vzduchem (5-15 %). Potenciální nebezpečí představují především skládkové plyny, výstupy methanu na zemský povrch v důsledku důlní činnosti (včetně starých důlních děl) a v neposlední řadě i závady spojené s úniky plynu na plynových spotřebičích a zařízeních při využívání zemního plynu jako paliva.

Celkové zhodnocení nebezpečnosti z hlediska životního prostředí

Celkově lze z hlediska životního prostředí označit methan za látku, která sice nepředstavuje závažné přímé toxické ohrožení některé ze složek životního prostředí nebo zdraví člověka, avšak vykazuje značnou schopnost přispívat k intenzifikaci skleníkového efektu a následného globálního oteplování se všemi důsledky z toho plynoucími. Podílí se i na poškozování ozonové vrstvy Země.

Způsoby zjišťování a měření

Odhad emisí lze učinit na základě znalosti obsahu methanu ve vzduchu na výstupu z výroby a ze znalosti objemu vypuštěného vzduchu. Pokud nelze koncentraci methanu ve vzdušině odhadnout, lze ji stanovit s využitím analytických metod. Služby poskytují komerční laboratoře.  
Principy nejběžnějších využitelných analytických metod pro stanovení obsahu methanu ve vzdušině:

  • Infračervená spektrometrie;
  • Plynová chromatografie s plamenovým ionizačním detektorem (FID);
  • Detektor FID, pokud je přítomen pouze methan.

K dispozici jsou i mobilní terénní přístroje umožňující uvedené metody analýz provádět přímo tam, kde je zapotřebí znát obsah methanu bez nutnosti transportu odebraného vzorku do laboratoře. Ohlašovací práh 100 000 kg/rok lze pro lepší uchopitelnost přiblížit následujícím příkladem - v případě hypotetického obsahu methanu ve vzdušině unikající z výroby například 5 % obj. představuje ohlašovací práh (při teplotě 20 °C a normálním tlaku 101,325 kPa) objem uniklé vzdušiny přibližně 3 000 000 m3.

Další informace, zajímavosti

Mezinárodní vládní panel pro změnu klimatu, který preferuje "klíčové opatření ke snížení skleníkových plynů" se postavil za energetické využívání odpadů, které bylo zahrnuto na seznam technologií s významným příspěvkem k budoucímu nízkouhlíkovému energetickému systému. Agentura pro ochranu životního prostředí USA (US EPA) došla k závěru, že energetické využití odpadů je lepší volbou než jejich skládkování. A to nejen z hlediska výroby, protože umožňuje až desetkrát větší produkci elektřiny ve srovnání s výrobou ze skládkového plynu, ale také v důsledku snížení skleníkových plynů, které i při optimálních podmínkách zachycování methanu a výrobě elektřiny z něj jsou 2x - 6x vyšší než u energetického využívání odpadů. Poté, co je methan emitován do ovzduší, je různými cestami z atmosféry přirozeně odstraňován. Celková koncentrace methanu v atmosféře, stejně jako doba jeho setrvání zde, je tak určena rozdílem mezi emisemi methanu a rychlostí procesů vedoucích k jeho odstranění.

Hlavním mechanismem odstranění methanu z ovzduší je oxidace s hydroxylovými radikály (OH‘) ve spodních vrstvách atmosféry (troposféra) na CO2. Podobná oxidace ve stratosférických vrstvách atmosféry hraje minoritní roli. Dalšími dvěma procesy uplatňujícími se při přirozeném odstraňování methanu z atmosféry je využití methanu půdními mikroorganismy a reakce methanu s atomy chloru ve svrchní vrstvě mořské hladiny. Ty se však podílejí na celkovém odstranění methanu z atmosféry jen přibližně 7 resp. 2 %.

Analýzy vzduchových bublinek izolovaných od okolí uvnitř ledovců prokázaly, že v současné době je koncentrace methanu v atmosféře nejvyšší za posledních 400 000 let. V roce 1750 činila koncentrace methanu v atmosféře přibližně 7.10-8 % obj., zatímco v roce 1998 činila tato koncentrace 17,45. 10-8 % obj. Nejnovější studie zaznamenaly, že v období let 1999 – 2002 koncentrace methanu v atmosféře spíše stagnovala na hodnotě okolo 17,51. 10-8 % obj. Zaznamenaný vývoj koncentrace methanu v atmosféře v posledních 20-ti letech shrnuje obrázek 1. Vývoj koncentrace svědčí o tom, že emise methanu do atmosféry zřejmě převyšují rychlost procesů, které jeho koncentraci v atmosféře přirozenou cestou snižují. Snížení jeho emisí do ovzduší by proto mělo být určitou systematickou snahou. Doba setrvání methanu v atmosféře od jeho vypuštění je odhadována na přibližně 12 let.

Vývoj koncentrace methanu v čase

Obrázek 1: Vývoj koncentrace methanu v ovzduší v posledních 20 letech

Informační zdroje