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Gas Metano - Composizione chimica e potere energetico - La scoperta del Metano

tecnica


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Gas Metano





Gas metano


Il gas naturale è un gas prodotto dalla decomposizione anaerobica di materiale organico. Solitamente si trova insieme al petrolio e in giacimenti di gas naturale, ma si genera anche in paludi (in questo caso viene chiamato anche gas di palude), in discariche, e durante la digestione negli animali.



Composizione chimica e potere energetico

Composizione chimica


Il principale componente del gas naturale è il metano (CH4), la più breve e leggera fra le molecole degli idrocarburi. Può anche contenere idrocarburi gassosi più pesanti come etano (C2H6), propano (C3H8) e butano (C4H10), e altri gas, in varie quantità. Solfuro di idrogeno (H2S) e mercurio (Hg) sono contaminanti comuni nel gas, che devono essere rimossi prima di qualsiasi utilizzo.

Potere energetico

La combustione di un metro_cubo di gas naturale di tipo commerciale generalmente produce circa 38 MJ (10,6 KWh).

Più precisamente si ha:

Potere calorifico superiore: 13284 kcal/kg oppure 9530 kcal/Nm3

Potere calorifico inferiore: 11946 kcal/kg oppure 8570 kcal/Nm3

Caratteristiche generali

È un gas incolore, con leggero odore agliaceo, infiammabile, chimicamente stabile, non tossico.
Densità
Il metano ha una densità, riferita all'aria a 0°C, di 0,55; la sua massa volumica, in condizioni di
temperatura e pressioni normali, è di 0,7174 kg/m3.

Punto critico e punto di liquefazione

Il metano liquefa alla pressione critica di 45,96 bar ed alla temperatura critica di -82,62C; la sua
temperatura di liquefazione a pressione atmosferica è di -161,52°C.
Solubilità

Il metano ha scarsa solubilità in acqua.

Infiammabilità

Il limite di infiammabilità della miscela aria-metano è compreso tra 5% e 15% a temperatura di
20°C.
La temperatura di infiammabilità a pressione atmosferica è di 580°C.

Tossicità

Il metano non è tossico.

Corrosione

Il metano è inerte e può essere usato con tutti i metalli di impiego normale.

CARATTERISTICHE DI PERICOLOSITÀ

Infiammabilità

Il metano è molto più leggero dell'aria e può formare facilmente miscele infiammabili.
Tossicità

Il metano non ha tossicità propria, ma essendo irrespirabile può causare asfissia qualora la sua
concentrazione in aria riduca a valori troppo bassi il tenore di ossigeno per la respirazione.




















Indicazioni di sicurezza

Flash point (K)

85 (-188°C)

Temperatura di autoignizione (K)

873 (600°C)

Limiti di esplosione

5,3 - 14% vol.

vuotavuotaestremamente infiammabilevuotavuota




Metano

modello molecolare

Nome IUPAC

metano

Nomi alternativi

  • gas di palude

Caratteristiche generali

Formula bruta o molecolare

CH4

Massa molecolare (amu)


Aspetto

gas incolore

Numero CAS


Proprietà chimico-fisiche



Densità (g/l, in c.n.)


Solubilità in acqua

0,024 g/l a c.n.

Temperatura di fusione (K)

90,8 (-182,7°C)

ΔfusH0 (kJ·mol-1)


Temperatura di ebollizione (K)

111,8 (-161,4°C)

ΔebH0 (kJ·mol-1)


Punto triplo

90,67 K (-182,48°C)
1,17 × 104 Pa

Punto critico

190,6 K (-82,6°C)
4,6 × 106 Pa

Proprietà termochimiche

ΔfH0 (kJ·mol-1)


ΔfG0 (kJ·mol-1)


S0m(J·K-1mol-1)


C0p,m(J·K-1mol-1)


























La scoperta del Metano

Nell'autunno del 1776 Alessandro Volta studiò un fenomeno noto anche in epoche più lontane, segnalatogli da Carlo Giuseppe Campi: in un'ansa stagnante del fiume Lambro, avvicinando una fiamma alla superficie si accendevano delle fiammelle azzurrine. Questo fenomeno era già stato studiato separatamente da Pringle, Lavoisier, Franklin e Priestley pochi anni prima ma lo classificarono semplicemente come un'esalazione di aria infiammabile, di origine minerale. Volta volle andare più a fondo della questione quindi si recò presso gli stagni di Angera dove provò a smuovere il fondo con l'aiuto di un bastone e vide che risalivano delle bolle di gas e le raccolse in bottiglie. Diede a questo gas il nome di aria infiammabile di palude e scoprì che poteva essere incendiato sia per mezzo di una candela accesa che mediante una scarica elettrica, dedusse che il gas si formava nella decomposizione di sostanze animali e vegetali. Per ulteriore conferma della sua tesi, si recò nel a Pietramala sull'Appennino toscano dove vi erano dei celebri fuochi fatui. La corretta composizione del gas fu determinata da Thomas Henry nel 1805.

Il metano in natura
In natura si trova sotto forma di gas , e soprattutto in giacimenti sotterranei.

metanodotto in prossimità di un 
giacimento sotteraneo di metano Il metano ed il petrolio spesso si trovano negli stessi giacimenti , e ciò perchè la formazione del metano è identica a quella del petrolio.

animazione FLASH: 
come si forma il petrolio, il carbone e il metano Per cui, anche il metano, ha avuto inizio molti milioni di anni fa , e nel modo :

- i resti degli organismi viventi si depositarono nel terreno

- in assenza di aria, poi, le sostanze organiche furono attaccate e decomposte dai microrganismi

- a poco a poco, quindi, il carbonio e l'idrogeno presenti, prevalsero sugli altri elementi, fino a formare il metano.



porzione di un 
metanodotto In piccole quantità , comunque, il metano si forma anche continuamente a seguito della decomposizione di sostanze organiche naturali.

porzione di una rete di 
distribuzione del metano Il metano, una volta estratto da sotto la terraferma o da sotto i fondali marini, viene immesso nei metanodotti .









I metanodotti sono fatti di grandi condotte che si diramano via via in condotte più piccole , e che appunto convogliano il metano ad una rete di distribuzione che lo fa arrivare:

- o presso le abitazioni , dove viene usato per cucinare, per riscaldare gli ambienti e per produrre acqua calda

- o presso le centrali termoelettriche , dove viene appunto usato per produrre energia elettrica.

Il metano, quando brucia, non genera fumo e, rispetto al petrolio e al carbone, produce una minor quantità di sostanze inquinanti.





Estrazione

Estrazione del metano in Italia          

Nel giugno del 1949 in Italia, presso Lodi, una perforazione dell'ENI, allora presieduta da Enrico Mattei, scopre il primo giacimento profondo dell'Europa Occidentale.Successivamente si iniziano i rilevamenti nel Mare Adriatico, le prime due perforazioni dettero esito negativo, così l'Eni abbandonò l'idea preferendo destinare le risorse a perforazioni nel Mar Rosso. In attesa delle autorizzazioni da parte del governo egiziano, l'Eni decise una terza trivellazione al largo di Ravenna che diede esito positivo, nel iniziò le operazioni la prima piattaforma metanifera.

Stoccaggio e trasporto

La principale difficoltà nell'utilizzo del gas naturale è il trasporto. I gasdotti sono economici, ma non permettono l'attraversamento di oceani. Vengono utilizzate anche navi per il trasporto di gas naturale liquefatto, ma hanno costi più alti e problemi di sicurezza. In molti casi, come ad esempio nei pozzi petroliferi in Arabia Saudita, il gas naturale che viene recuperato durante l'estrazione del petrolio, non potendo essere venduto con profitto, viene bruciato direttamente sul posto. Questa dispendiosa pratica è illegale in molti stati, poiché rilascia nell' atmosfera terrestre gas serra. Invece di venire bruciato, il gas, viene re-iniettato nel terreno in attesa di una eventuale futura estrazione e per mantenere alta la pressione sotterranea durante il pompaggio del petrolio. Il gas naturale viene spesso compresso per essere immagazzinato.



Distribuzione e vendita

Il gas naturale compresso, in bombole, viene usato nelle zone rurali o comunque dove non sia possibile o conveniente il collegamento alle tubature che costituiscono la rete di distribuzione urbana in bassa pressione e sono gestite da societa' concessionarie (distributori) con contratti di lunga durata pur essendo normalmente di proprieta' pubblica. La distribuzione e la vendita sono state recentemente oggetto di una completa revisione normativa nell'ambito del processo di liberalizzazione del mercato del gas





















Usi

Generazione di energia elettrica

Il gas naturale è una delle principali fonti utilizzate per la produzione di energia elettrica tramite l' utilizzo di turbine a gas e turbine a vapore

Veicoli a gas

Il gas naturale compresso (assieme al GPL) viene usato come alternativa meno inquinante ad altri carburanti per automobili. Nel , gli stati con il maggior numero di veicoli a gas erano Argentina, Brasile, Pakistan, Italia, e India.


Uso domestico, commerciale, industriale

Il gas naturale viene fornito alle abitazioni, alle attivita' commerciali ed agli impianti industriali dove viene utilizzato in cucina, per il riscaldamento e per il funzionamento di specifiche installazioni industriali.

Impatti ambientali del gas naturale

La combustione di gas genera, anche se in misura minore rispetto agli altri combustibili fossili, gas serra che contribuiscono al surriscaldamento del pianeta. L' estrazione di gas (ma anche di petrolio) porta a una diminuzione della pressione nella riserva sotterranea. Ciò può portare ad una sussidenza del terreno che può danneggiare l' ecosistema, i corsi d' acqua, la rete idrica e fognaria e causare cedimenti nelle fondamenta degli edifici. L' estrazione e il trasporto del gas possono inoltre generare ulteriore inquinamento.

Le riserve mondiali di gas naturale, a fine 2003, ammontavano a cira 154.000 miliardi di m³. Secondo stime, queste riserve, se si manterranno i livelli di consumo attuali, dovrebbero esauruirsi fra circa 70 anni scarsi. Le riserve di gas naturale  nel mondo sono così ripartite:

Agli attuali consumi le riserve  accertate di gas naturale sono sufficienti per 60/70 anni. La sua diffusione è abbastanza distribuita, le regioni con minori riserve sono quelle americane, le maggiori ancora le regioni dell'area del Golfo Persico dove sono concentrati più di un terzo dei giacimenti accertati.

Dati in migliaia di miliardi di N m³

riserve certe di metano al 2003


Produzione, consumi e riserve mondiali di metano



Il Metano può essere ricavato anche dalle miniere di carbone, sia pure dismesse. Le miniere di carbone possono essere sfruttate per fini energetici con le tecnologie per il recupero del metano autoprodotto dalle miniere sia nuove che dismesse, tali tecnologie sono collaudate ed efficienti e permettono di risparmiare e conservare la maggior parte del carbonio contenuto nel carbone e nel contempo impedire l'emissione del metano in atmosfera depurando il carbone da questo gas serra 

Questa tecnologia permette anche la custodia e la prevenzione degli incidenti ed incendi che spesso si verificano nelle miniere abbandonate e che sono causa non irrilevante di inquinamento atmosferico e degrado ambientale




Produttori e riserve

Nel , nel mondo, sono stati consumati 2.470 miliardi di m³ di gas naturale.

I primi tre stati produttori di gas naturale erano:

  • Russia : 23% della produzione mondiale
  • Stati Uniti : 20%
  • Canada : 7%
  • Europa + CSI : 60.360 miliardi di m³
  • Asia + Australia : 12.470 miliardi di m³
  • Africa : 11.710 miliardi di m³
  • Medio Oriente : 55.430 miliardi di m³
  • Nordamerica : 7.160 miliardi di m³
  • Sudamerica : 7.000 miliardi di m³

Oltre alle riserve certe il metano può derivare anche da produzioni "artificiali", in qualche misura può essere una fonte rinnovabile derivante dalla fermentazione anaerobica di sostanze organiche. In seguito all'aumento della produzione zoo-agricola e al conseguente aumento di scarti e deiezioni, unitamente alla maggior sensibilità nei confronti della produzione d'energia da fonti diversificate, sono state messe a punto digestori anaerobici che permettono di produrre effluenti gassosi (principalmente metano) da liquami, utilizzando alcuni microrganismi in grado di metabolizzare i composti organici. Per esempio da 120 tonnellate di liquami animali al giorno(equivalente alle deiezioni di 12.000 maiali) si possono ottenere 200 N m³ di metano.




























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