الميثان

التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية

الميثان مركب كيميائي بسيط صيغته CH₄، يتألف من ذرة كربون واحدة ترتبط بأربع ذرات هيدروجين. وهو غاز عديم اللون والرائحة في حالته النقية، وأخف من الهواء، قابل للاشتعال بدرجة عالية. عند خلط 5-15% من الميثان مع الهواء، ينتج خليط قابل للانفجار. يبقى الميثان في الغلاف الجوي لمدة حوالي 12 سنة، وهو غاز مستقر جداً في ظروفه الطبيعية.

المصادر الطبيعية والبشرية

ينتج الميثان طبيعياً من التحلل البكتيري اللاهوائي للمواد العضوية تحت الماء، خاصة في الأراضي الرطبة والمستنقعات التي تعتبر المصدر الطبيعي الرئيسي. مصادره الطبيعية الأخرى تشمل غازات البراكين والفتحات البحرية ورواسب هيدرات الميثان في المحيطات والقطبين، وكذلك الانبعاثات من النمل الأبيض وأجهزة الحيوانات الهاضمة. أما بشرياً، فينتج من استخراج الغاز الطبيعي والفحم، وتربية الماشية والأغنام والجمال بنسبة 15% من الانبعاثات السنوية، وإدارة النفايات في مدافنها ومعالجة الصرف الصحي.

الاستخدامات الصناعية والمنزلية

يستخدم الميثان بشكل أساسي كمكون من الغاز الطبيعي (50-90%) في الطبخ والتدفئة وتسخين المياه وتوليد الكهرباء. في المجال الصناعي، يعد مادة خام حيوية لتصنيع الهيدروجين والميثانول والأمونيا (للأسمدة) والعديد من المواد الكيميائية العضوية. كما يُستخدم في إنتاج الكربون الأسود لتقوية إطارات السيارات، وفي صناعة البلاستيك ومضادات التجمد والألياف الصناعية. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الميثان كوقود بديل نظيف للمركبات (الغاز الطبيعي المضغوط - CNG).

التأثير البيئي والاحتباس الحراري

الميثان ثاني أكثر غازات الدفيئة انتشاراً بعد ثاني أكسيد الكربون، وقدرته على احتباس الحرارة تفوق ثاني أكسيد الكربون بحوالي 25-28 مرة على المدى المتوسط (20 سنة). ارتفع تركيز الميثان في الغلاف الجوي بنحو 150% منذ عام 1750، وانبعاثاته الناتجة عن النشاط البشري مسؤولة عن ثلث ارتفاع درجة حرارة الكوكب الحالي. تشكل المناطق الرطبة مثل أمازون إفريقيا والقطبين مصادر طبيعية كبيرة، إلا أن ارتفاع درجات الحرارة يسارع إطلاق الميثان المتجمد تحت الجليد في التربة الصقيعية والمحيطات.

المخاطر الصحية والأمنية

الميثان غير سام بكميات قليلة، لكنه يحل محل الأكسجين في الأماكن الضيقة مما يسبب الاختناق والدوخة والغثيان وفقدان الوعي. قد يؤدي التعرض لتركيزات عالية إلى الصداع والقيء والإغماء. يشكل خليط الميثان والأكسجين (5-15%) خطراً متفجراً شديداً، وقد وقعت حوادث انفجار عديدة في المناجم ومدافن النفايات. بالإضافة إلى ذلك، يساهم الميثان في تكوين الأوزون على مستوى سطح الأرض، وهو ملوث ضار يسبب مشاكل تنفسية وأمراضاً في الرئة والربو.

الأهمية الاقتصادية والطاقية

يعد الميثان مصدر طاقة بالغ الأهمية عالمياً، حيث تستخدمه ملايين المنازل والمصانع كوقود رئيسي. ينتج الميثان طاقة أكبر لكل وحدة وزن مقارنة بالنفط والفحم، مما يجعله خياراً كفؤاً اقتصادياً. يُستخدم على نطاق واسع في إنتاج غاز الهيدروجين تجارياً عبر تقنية إصلاح البخار، حيث أُنتج أكثر من 50 مليون طن سنوياً عام 2013. يلعب دوراً حاسماً في اقتصاديات الطاقة العالمية بصفته مكوناً أساسياً للغاز الطبيعي، خاصة في الدول الصناعية.