Je zemní plyn těžší než vzduch? (Zdroje, hmotnosti, vlastnosti)

Zemní plyn je jedním z nejhořlavějších plynů na světě (zdroj), který se z 90 % (nebo více) skládá z metanu. Je bez zápachu a je hojně využíván na celé planetě, tvoří téměř pětinu světových přírodních zdrojů energie. Překvapivě mnoho lidí toho o zemním plynu mnoho neví, přestože je každodenně používán.

Je zemní plyn těžší než vzduch? Ne, zemní plyn není těžší než vzduch, Jeho molekulová hmotnost se pohybuje v rozmezí 16-18. Je to směs uhlovodíků složená především z metanu, ale obsahuje i další složky, jako je etan a propan, a malé množství dusíku a oxidu uhličitého. Odhaduje se, že molekulová hmotnost suchého vzduchu je necelých 29.

Vejdete do svého bytu a zastavíte se. Přičichnete ke vzduchu a ucítíte ho: plyn. Někdo pravděpodobně nechal zapnutý sporák a váš byt je nyní cítit plynem. Nic hrozného, pokud se ti podaří byt rychle vyvětrat. Touto situací si možná prošlo mnoho lidí.

Také se nabízí otázka: Co je třeba vědět o zemním plynu?

Z čeho se skládá vzduch?

Vzduch je obecné označení pro atmosféru kolem nás. Vzduch se skládá především z dusíku a kyslíku (z 99 %), spolu s argonem, oxidem uhličitým, neonem, heliem, kryptonem, vodíkem a xenonem, které tvoří zbývající 1 % (zdroj).

Tyto plyny také tvoří pět ze šesti inertních plynů v periodické tabulce. Chcete-li se o těchto plynech dozvědět více, můžete si přečíst článek „Jaký je rozdíl mezi inertním a aktivním plynem?“.

Běžně se používá spojení „lehčí než vzduch“, ale jak přesně je vzduch těžký? Těžkost vzduchu se obvykle měří tak, že se podíváme na hustotu vzduchu v objektu. Například nafouknutý balón bude těžší než nenafouknutý balón. V důsledku tlaku vzduchu uvnitř balónu se hustota vzduchu zvýšila (zdroj).

Zdroje zemního plynu

Zemní plyn se nachází v uhelných slojích a uvnitř vrtů na zemní plyn a ropu. V rámci Spojených států jsou Texas a Pensylvánie dva státy s největší produkcí zemního plynu v zemi. Vzhledem k vysoké těžbě zemního plynu v rámci USA pochází téměř veškerý plyn používaný v zemi z amerických hranic (zdroj).

Mnoho zemního plynu a ropy pochází z těžby břidlic. Břidlice je sedimentární hornina, která obsahuje organický materiál, z něhož vzniká ropa a zemní plyn. Ty se v průběhu času hromadí a může docházet k jejich zpracování za účelem získání plynu a ropy.

Další typ zemního plynu je známý jako těsný zemní plyn a pochází z nitra země. Tento plyn však pochází z pískovcových a karbonátových ložisek. Většina zemního plynu vytěženého v USA pochází z břidlic.

Zemní plyn získávaný ze země

Zemní plyn se obvykle nachází hluboko v zemi. Zásobníky zemního plynu se vždy nacházejí v sousedství ropných vrtů a čím je vrt hlubší, tím větší procento z něj bude tvořit plyn (zdroj).

Zemní plyn je neobnovitelná energie, která roste v zemské kůře již miliony let a teprve v posledních několika staletích ji lidé dokázali bezpečně využívat. Jak se organické zbytky rozkládaly a pohřbívaly pod vrstvami hornin a hlíny, tlak na ně vytvářel proces, který zbytky měnil na uhlovodíky.

Zásobníky zemního plynu obvykle obklopuje ochranná vrstva horniny, zejména „uzávěr“ na vrcholu, který udržuje plyn pod tlakem a v bezpečí (zdroj).

Další zdroje zemního plynu

Příkladem dalších zdrojů zemního plynu jsou plyny nacházející se ve střevech zvířat a lidí a v oblastech planety s nízkým obsahem kyslíku. Díky své menší hustotě může být plyn vytažen ze země nebo může pomalu přirozeně unikat do životního prostředí.

Jeden z prvních zaznamenaných příkladů využití zemního plynu objevili francouzští průzkumníci, kteří v roce 1626 objevili domorodé Američany zapalující plyny, které vytékaly z oblasti kolem Erijského jezera (zdroj).

Plyn se však začal komerčně využívat až v 19. století, kdy William Hart vykopal první úspěšný plynový vrt v New Yorku a v roce 1821 založil společnost Fredonia Gas Light Company.

Vznik zemního plynu

O vzniku fosilních paliv existuje mnoho různých teorií. Jak již bylo zmíněno, mohou vznikat tlakem na organickou hmotu, která byla po tisíce let pohřbena pod zemí.

Tento proces probíhá prostřednictvím tlaku vyvíjeného na organickou hmotu hromaděním vrstev sedimentů a bahna spolu se zvýšenou teplotou blíže k zemskému jádru (zdroj).

Další způsob vzniku zemního plynu je prostřednictvím drobných mikroorganismů. Touto metodou vzniká biogenní metan. Metanogeny, což jsou drobné mikroorganismy produkující metan, rozkládají organické látky. Metanogeny se vyskytují v blízkosti povrchu zemské atmosféry, kde není kyslík.

Tyto organismy žijí také ve střevech zvířat. A bohužel mnoho metanu, který tímto procesem vzniká, uniká přímo do atmosféry. Vyvíjejí se však nové technologie, které umožňují získávat tyto plyny a snižovat dopady uvolňování metanu na životní prostředí.

Dalším způsobem výroby zemního plynu jsou biogenní procesy. Tento proces zahrnuje pohyb plynů na bázi vodíku a molekul uhlíku. Ty interagují s jinými minerály, které se nacházejí v podzemí, a nakonec se pohybují směrem k povrchu planety, přičemž podobně jako termogenní metan vytvářejí ložiska metanu.

Zemní plyn, který používáme

Zemní plyn funguje v mnoha domácnostech v USA a téměř 50 % domácností v Americe používá k vytápění zemní plyn. Vzhledem k tomu, že na celém světě existuje hojná nabídka plynu, je zemní plyn vnímán jako pozitivnější, nákladově efektivnější a ekologičtější způsob výroby energie ve srovnání s jinými fosilními palivy, jako je uhlí a ropa (zdroj).

Zemní plyn je také významnou součástí průmyslu, neboť se používá při výrobě plastů, léků a nemrznoucích směsí (zdroj). Plyn se také používá k výrobě elektřiny a je považován za čistší metodu ve srovnání s elektrárnami poháněnými uhlím.

Nové technologie také umožnily vyrábět z plynu teplo a elektřinu současně, čímž se plyn využívá optimálně a snižuje se dopad na životní prostředí.

S rostoucím počtem obyvatel na celém světě vstupuje na silnice denně více vozidel. Dalším způsobem pohonu vozidel, zejména těžkých nákladních, a dopravních prostředků je stlačený zemní plyn (CNG).

CNG uvolňuje ve srovnání s benzínem mnohem méně emisí uhlíku a jeho hlavní nevýhodou je, že ve srovnání s plynem neprodukuje stejnou úroveň energie.

Po celém světě se používání plynu zvyšuje a předpovědi uvádějí, že v důsledku růstu v Číně a Brazílii se celosvětová spotřeba plynu v příštích 25 letech zvýší o 50 % (zdroj).

Největším spotřebitelem zemního plynu jsou však stále Spojené státy, těsně následované Ruskem a Čínou (zdroj). Proto je pro udržitelný růst plynárenství zásadní bezpečná těžba plynu a snížení jeho dopadu na životní prostředí.

Kolik váží zemní plyn ve srovnání se vzduchem?

Zemní plyn má nižší hustotu než vzduch. Skládá se především z metanu, který je lehčí než vzduch (zdroj). Kalkulačka hustoty zemního plynu ukazuje, že zemní plyn váží 0,712 kg/m³ (0,04457 lb/ft³) oproti 1,204 kg/m³ (0,07516 lb/ft³) vzduchu.

Zemní plyn lze ochladit na přibližně -260 stupňů Fahrenheita a přeměnit jej na zkapalněný zemní plyn (LNG). LNG v plynném stavu zabírá pouze 1/600 objemu. To umožňuje jeho skladování a přepravu (zdroj).

Zemní plyn vs. metan

Někteří lidé se mohou snažit mluvit o zemním plynu a metanu jako o synonymech, ale jedná se o různé plyny. Na druhou stranu je zemní plyn tvořen především metanem, takže rozdíly jsou nepatrné.

Co je metan a jak se liší od „zemního plynu“?

Metan (CH₄) tvoří většinu složení zemního plynu. Metan se uvolňuje při rozkladu organických látek (zdroj). Je to nejrozšířenější organická sloučenina, která se vyskytuje na Zemi, a úvaha spočívá v tom, že není toxická.

Tato skutečnost může být překvapivá vzhledem k úmrtím, ke kterým dochází v důsledku vdechnutí plynu. Ty jsou však ve skutečnosti způsobeny spíše nedostatkem kyslíku než toxicitou samotného metanu.

Metan se vyskytuje ve dvou formách: organické a termogenní. Organický metan pochází ze zdrojů, jako jsou skládky a bažiny. Organický metan se uvolňuje také z lidských a živočišných odpadů, které fermentují.

Termogenní metan vzniká v hlubších podpovrchových vrstvách a vzniká z něj zemní plyn působením tepla a tlaku. Menší ložiska metanu se nacházejí blíže k povrchu spolu s ropou, zatímco hlubší ložiska čistého metanu se vyskytují ve větších hloubkách (zdroj).

Je také znám jako skleníkový plyn, protože ohřívá zemskou atmosféru. Pokud je uvolňován přímo do atmosféry a není spalován, je pro životní prostředí mnohem škodlivější než oxid uhličitý (zdroj).

Přestože metan tvoří významnou část zemního plynu, jak již bylo zmíněno, zemní plyn obsahuje ve svém složení i další složky. Než se zemní plyn dostane do domácností a podniků, prochází také procesem odstraňování škodlivých alkanů. Metan v zemním plynu mu také dodává jeho vztlakovou kvalitu.

Zdroje metanu

Metan se do atmosféry dostává z různých zdrojů.

Výroba elektřiny a tepla

Metan sice není významným zdrojem emisí skleníkových plynů při výrobě elektřiny, ale při tomto procesu se do atmosféry uvolňuje značné množství metanu. Může také unikat prostřednictvím vadných továren a poškozených potrubí. Tyto úniky, zejména pokud nejsou rychle nalezeny a zastaveny, mohou být velmi škodlivé pro životní prostředí.

Zpravidla je zpracovaný zemní plyn dodávaný do domácností tvořen téměř výhradně metanem bez dalších toxických chemických látek.

Arktická krajina

Permafrost, půda zmrzlá více než dva roky, začal v Arktidě vlivem zvyšujících se teplot rozmrzat. Při rozmrzání permafrostu se z organického materiálu uvolňuje do zemské atmosféry oxid uhličitý a metan (zdroj).

Hospodářská zvířata

Metan vzniká a uvolňuje se prostřednictvím hospodářských zvířat. S rostoucím počtem obyvatel Země se neustále zvyšuje poptávka po masných výrobcích. Zemědělci tyto požadavky uspokojují chovem stále větších stád zvířat.

Tato zvířata uvolňují metan do atmosféry prostřednictvím svých výkalů. I když představa kravských flatulencí zní docela komicky, ignorování dopadů na životní prostředí nemůže nastat.

Jen ve Spojených státech jsou domácí hospodářská zvířata, jako je skot, prasata, ovce a kozy, největšími producenty emisí metanu (zdroj).

Lidé

Naše touha po mase není jediným původcem emisí metanu do životního prostředí. Lidské tělesné funkce také uvolňují metan do atmosféry. Organický odpad ukládaný na skládky spolu s čistírnami odpadních vod jsou oba zodpovědné za emise CH₄ (zdroj).

Člověk také způsobuje většinu emisí svou činností, zatímco další emise metanu pocházejí z přírodních zdrojů. Od roku 1800 došlo k obrovskému nárůstu emisí metanu a od té doby jsme způsobili více než zdvojnásobení jeho množství v atmosféře (zdroj).

Vlastnosti zemního plynu

Charakteristika

Zemní plyn je bezbarvý, bez zápachu, chuti a tvaru. Je plynný při jakékoli teplotě vyšší než -161 stupňů. Je to také fosilní palivo.

Zemní plyn se měří pomocí britských tepelných jednotek neboli Btu. Jeden Btu je množství tepla potřebné ke zvýšení teploty jedné libry vody o jeden stupeň Fahrenheita. Jedna krychlová stopa plynu se rovná přibližně 1032 Btu (zdroj).

Hmotnost

Obvykle měřená objemová jednotka je krychlová stopa, která se běžně používá pro zemní plyn. Zemní plyn odpovídá 8,003 librám na krychlovou stopu.

Hořlavost

Je vysoce hořlavý, ale má nízký rozsah hořlavosti, což znamená, že je bezpečný pro použití v domácnosti. Teplota samovznícení zemního plynu je 1003 stupňů Fahrenheita (zdroj).

Zápach

Jak již bylo uvedeno, zemní plyn je bez zápachu. Může se ukázat jako nebezpečný, protože plyn může být smrtelný. V roce 1937 způsobil únik plynu výbuch ve škole ve městě New London v Texasu. Při výbuchu zahynulo téměř 300 studentů a učitelů. Ukázalo se, že se stal katalyzátorem změny fungování plynárenského průmyslu (zdroj).

Zemní plyn má přidanou síru, což způsobuje, že je trochu cítit po zkažených vejcích. K zapáchání plynu se používá chemická látka merkaptan.

Pokud v prostoru ucítíte plyn, co nejrychleji sebe i ostatní osoby z prostoru vyveďte, nezapínejte žádné spotřebiče, světla ani nic, co by mohlo způsobit jiskření. Jakmile jste mimo dosah plynu (zdroje), mělo by okamžitě dojít k zavolání na tísňovou linku.

Vliv na životní prostředí

Podle tohoto článku a mnoha článků o zemním plynu je často označován za čisté fosilní palivo díky minimálním emisím oxidu uhličitého (CO2). Tento titul je však nespravedlivý kvůli škodám, které může metan napáchat na životním prostředí.

Metan je také skleníkový plyn, a přestože má ve srovnání s oxidem uhličitým kratší životnost v atmosféře, může za 20 let způsobit větší škody na životním prostředí než CO2 (zdroj).

Nedostatečná hustota plynů ji ještě zhoršuje. Plyn může stoupat a zadržovat teplo ve vyšších vrstvách atmosféry. Metan má 86krát silnější vliv na životní prostředí než oxid uhličitý po dobu více než 20 let. Může zachycovat teplo, které exponenciální rychlostí urychluje globální oteplování (zdroj).

Ačkoli je snadné říci, že plyn se především spaluje, úniky jsou bohužel součástí procesu zpracování a distribuce plynu napříč zeměmi a kontinenty (zdroj).

Studie ukázaly, že odhadované množství emisí metanu bylo špatně spočítáno a je o 60 % vyšší, než se původně předpokládalo. Tyto emise se téměř rovnají škodám, které na životní prostředí krátkodobě působí oxid uhličitý (zdroj).

K únikům může dojít v kterémkoli bodě procesu těžby zemního plynu, od úniků v zemi až po úniky v potrubí a zásobnících. Díry, jako je ta v houstonské společnosti v Louisianě, způsobily, že z ocelových cisteren uniká do ovzduší obrovské množství zkapalněného zemního plynu, což vyvolává obavy, že by mohlo dojít k nekontrolovatelným požárům (zdroj).

V USA je přibližně 500 000 vrtů na zemní plyn a 3 miliony kilometrů potrubí. Ty ponechávají téměř nekonečné množství možností úniku zemního plynu do životního prostředí (zdroj).

Závěrečné myšlenky

Budoucnost plynu ve Spojených státech se mění. Plyn byl vždy významnou součástí energetického rámce v zemi a bude jím i v dohledné budoucnosti. Došlo k určitým snahám o minimalizaci dopadu na životní prostředí, ale zemní plyn zdaleka není „čistým“ fosilním palivem, jak ho líčí média.

Co se týče otázky, že plyn je lehčí než vzduch: Pokud se někdy probudíte v místnosti plné plynu, lehněte si na zem, zakryjte si ústa mokrým hadrem a odplazte se ven. Plyn bude vždy koncentrován výše v místnosti a doufejme, že tato znalost by vám mohla zachránit život.