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Methan

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Definition: ein brennbares Gas, Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas und Deponiegas

Summenformel: CH4

Englisch: methane

Kategorie: Energieträger

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 29.10.2010; letzte Änderung: 17.08.2016

Methan ist der einfachste Kohlenwasserstoff.

Methan ist ein brennbares Gas, bestehend aus CH4-Molekülen. Es ist der einfachste Kohlenwasserstoff und der Hauptbestandteil von Erdgas, Grubengas und Biogas. Es entsteht insbesondere, wenn biologisches Material unter Luftabschluss zersetzt wird, z. B. in Biogas-Fermentern, aber auch in Mülldeponien (Deponiegas), Sümpfen (Sumpfgas), Nassreisfeldern und in den Mägen von Kühen und anderen Wiederkäuern. An gewissen Meeresböden und in Permafrostgebieten tritt in größeren Mengen Methanhydrat auf (auch Methaneis), also in erstarrtem Wasser eingelagertes Methan, welches bei Erwärmung gasförmiges Methan freisetzen kann.

Tabelle 1: Daten von Methan.
Dichte 0,718 kg/m3
bei 0 °C, 1013 mbar
Schmelzpunkt −182 °C (bei 1013 mbar)
Siedepunkt −162 °C (bei 1013 mbar)
Heizwert 50,0 MJ/kg = 13,9 kWh/kg,
35,9 MJ/m3 = 9,97 kWh/m3
bei 0 °C, 1013 mbar
Brennwert 55,5 MJ/kg = 15,4 kWh/kg,
39,8 MJ/m3 = 11,1 kWh/m3
bei 0 °C, 1013 mbar
(111 % des Heizwerts)
Verbrennung CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Luftbedarf (für λ = 1):
9,55 m3 pro m3 CH4
Verbrennungsprodukte:
CO2: 2,74 kg pro kg CH4
(197 g/kWh bzgl. Heizwert)
H2O: 2,25 kg pro kg CH4
(162 g/kWh bzgl. Heizwert)

Methan ist farb- und geruchlos und wird deswegen kaum erkannt, wenn es der Luft beigemischt ist. Beim Einatmen ist Methan ungiftig, außer in hohen Konzentrationen.

Mit Luft verbrennt Methan recht sauber (annähernd rußfrei) zu Kohlendioxid und Wasserdampf; bei Sauerstoffmangel kann allerdings Ruß und das giftige Kohlenmonoxid gebildet werden. Der Heizwert und der Brennwert können der Tabelle rechts entnommen werden; bezogen auf die Masse sind die Werte deutlich höher als flüssige Brennstoffe wie z. B. Heizöl.

Methan-Luft-Gemische sind bei einem Methan-Anteil zwischen 4,4 und 16,5 Volumen-Prozent explosiv. Methan ist ca. halb so schwer wie Luft und hat deswegen die Tendenz, im Freien nach oben zu steigen, was sicherheitstechnisch oft günstig ist.

Treibhauswirkung von Methan

Da Methan Infrarotlicht (Wärmestrahlung) in gewissen Wellenlängen-Bereichen (v. a. um 2,3 μm und 3,3 μm) relativ effizient absorbieren kann, trägt es in der Atmosphäre zum Treibhauseffekt bei; es wird deswegen als ein Treibhausgas bezeichnet.

Da Methan in der Atmosphäre im Laufe etlicher Jahre zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert wird (hauptsächlich durch Reaktion mit Hydroxyl-Radikalen) hat es nur eine begrenzte Halbwertszeit von ca. 15 Jahren. Deswegen kann seine Treibhauswirkung mit der von CO2 (das viel länger in der Atmosphäre bleibt) nur verglichen werden, wenn ein gewisser Zeitraum zugrunde gelegt wird. Nimmt man beispielsweise 100 Jahre an, so ist die Klimaschädlichkeit von 1 kg Methan ca. 21 mal höher als die von 1 kg CO2 (gemäß dem IPCC). (Also ist das relative Treibhauspotenzial von Methan 21; 1 kg Methan entspricht 21 kg CO2-Äquivalenten.) Rechnet man für nur 25 Jahre, dann ist die Klimaschädlichkeit sogar 84 mal höher. Es gibt Berichte, nach denen die Klimaschädlichkeit sogar noch höher wird durch die Wechselwirkung mit Aerosolen in der Atmosphäre; dies wird vom IPCC noch näher untersucht. Da langfristig alles Methan in der Atmosphäre zu Kohlendioxid oxidiert wird, ist seine Klimaschädlichkeit pro Molekül langfristig gesehen gleich stark; pro Kilogramm bedeutet dies wegen der geringeren Masse von Methan-Molekülen eine 2,75 mal größere Klimawirkung.

Diverse menschlich verursachte Methan-Emissionen, insbesondere durch Erdgas-Leckagen und durch Viehhaltung ist die Methan-Konzentration der Atmosphäre heute mehr als zweimal höher als im Jahre 1750. Damit trägt es wesentlich zum menschlich verursachten Treibhauseffekt bei, obwohl weniger als das Kohlendioxid. Auch Biogasanlagen können Methan durch Leckagen und durch Methanschlupf von Gasmotoren und Gasreinigungsanlagen verlieren. Bereits ein geringer Methanschlupf kann die ökologischen Vorteile von Erdgas oder Biogas ins Gegenteil verkehren.

Siehe auch: Erdgas, Methanhydrat, Biogas, Deponiegas, Klimagefahren, Treibhauseffekt, Methanschlupf, Kohlenwasserstoffe
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