Onko maakaasu ilmaa raskaampaa? (Lähteet, painot, ominaisuudet)

Maakaasu on yksi maailman herkimmin syttyvistä kaasuista (lähde), joka koostuu 90 % (tai enemmän) metaanista. Se on hajutonta ja sitä käytetään laajalti eri puolilla maapalloa, ja se muodostaa lähes viidenneksen maailman luonnollisista energialähteistä. Yllättävää kyllä, monet ihmiset eivät tiedä paljonkaan maakaasusta, vaikka sitä käytetään päivittäin.

Onko maakaasu ilmaa raskaampaa? Ei, maakaasu ei ole ilmaa raskaampaa, Sen molekyylipaino vaihtelee 16-18 välillä. Se on hiilivetyseos, joka koostuu pääasiassa metaanista, mutta sisältää myös muita komponentteja kuten etaania ja propaania sekä pieniä määriä typpeä ja hiilidioksidia. Kuivan ilman molekyylipainon arvioidaan olevan hieman alle 29.

Kävelet asuntoosi ja pysähdyt. Haistat ilmaa ja haistat sen: kaasua. Joku on luultavasti jättänyt hellan päälle, ja asuntosi haisee nyt kaasulta. Ei haittaa, kunhan saat tuuletettua kämpän nopeasti. Tämän tilanteen ovat saattaneet kokea monet ihmiset.

Se herättää myös kysymyksen:

Mistä ilma koostuu?

Aira on yleisnimitys, jota käytetään meitä ympäröivästä ilmakehästä. Ilma koostuu pääasiassa typestä ja hapesta (99 %) sekä argonista, hiilidioksidista, neonista, heliumista, kryptonista, vedystä ja ksenonista, jotka muodostavat loput 1 % (lähde).

Nämä kaasut muodostavat myös viisi jaksollisen järjestelmän kuudesta inertistä kaasusta. Jos haluat lisätietoja näistä kaasuista, voit lukea ”Mitä eroa on inertillä ja aktiivisella kaasulla?”.

Lausetta ”ilmaa kevyempi” käytetään yleisesti, mutta kuinka raskasta ilma tarkalleen ottaen on? Ilman raskautta mitataan yleensä tarkastelemalla ilman tiheyttä esineessä. Esimerkiksi täytetty ilmapallo on painavampi kuin täyttämätön ilmapallo. Ilmapallon sisällä olevan ilman paineen vuoksi ilman tiheys on kasvanut (lähde).

Maakaasun lähteet

Maakaasua esiintyy hiilikerroksissa sekä maakaasu- ja öljylähteiden sisällä. Yhdysvalloissa Texas ja Pennsylvania ovat maan kaksi suurinta maakaasua tuottavaa osavaltiota. Koska maakaasua louhitaan paljon Yhdysvalloissa, lähes kaikki maassa käytetty maakaasu on peräisin Yhdysvaltain rajojen sisältä (lähde).

Paljon maakaasuja ja öljyjä on peräisin liuskekaivoksesta. Liuske on sedimenttikivi, joka sisältää orgaanista materiaalia, josta syntyy öljyä ja maakaasua. Nämä kerääntyvät ajan myötä, ja kaasun ja öljyn saamiseksi voi tapahtua jalostusta.

Toinen maakaasutyyppi tunnetaan nimellä tiukka maakaasu, ja se on peräisin maan sisältä. Tämä kaasu on kuitenkin peräisin hiekkakivi- ja karbonaattivarastoista. Suurin osa Yhdysvalloissa tuotetusta maakaasusta on peräisin liuskeesta.

Maailmasta tuotettu maakaasu

Maakaasua löytyy yleensä syvältä maan sisältä. Kaasuesiintymät sijaitsevat aina öljylähteiden vieressä, ja mitä syvemmällä kaivo on, sitä suurempi osa siitä on kaasua (lähde).

Maakaasu on uusiutumatonta energiaa, joka on kasvanut maankuoressa miljoonia vuosia, ja vasta viime vuosisatojen aikana ihminen on pystynyt käyttämään sitä turvallisesti. Kun orgaaniset jäännökset hajosivat ja hautautuivat kivi- ja maakerrosten alle, niihin kohdistunut paine sai aikaan prosessin, joka muutti jäännökset hiilivedyiksi.

Maakaasuvarastoja ympäröi yleensä suojaava kalliokerros, erityisesti sen päällä oleva ”korkkikivi”, joka pitää kaasun paineistettuna ja turvallisena (lähde).

Muut maakaasulähteet

Esimerkkejä muista maakaasulähteistä ovat eläinten ja ihmisten suolistossa ja maapallon vähähappisilla alueilla esiintyvät kaasut. Kevyemmän tiheytensä vuoksi kaasua voidaan vetää maasta tai se voi hitaasti vuotaa luontaisesti ympäristöön.

Yksi ensimmäisistä kirjatuista esimerkeistä maakaasun käytöstä löysivät ranskalaiset tutkimusmatkailijat, jotka havaitsivat amerikan alkuperäisasukkaat sytyttämässä Erie-järven ympärillä olevasta alueesta tihkuvia kaasuja vuonna 1626 (lähde).

Kaupalliseksi kaasu tuli kuitenkin vasta 1800-luvulla, kun William Hart kaivoi ensimmäisen menestyksekkään kaasukaivon New Yorkissa ja perusti Fredonia Gas Light Companyn vuonna 1821.

Maakaasun synty

Fossiilisten polttoaineiden alkuperästä on monia erilaisia teorioita. Kuten aiemmin mainittiin, ne voivat syntyä maan alle tuhansia vuosia hautautuneeseen orgaaniseen ainekseen kohdistuvasta paineesta.

Tämä prosessi tapahtuu orgaaniseen ainekseen kohdistuvan paineen kautta, jota kerääntyvät sedimentti- ja mutakerrokset aiheuttavat yhdessä kohonneiden lämpötilojen kanssa lähempänä maan ydintä (lähde).

Toinen maakaasun muodostumismenetelmä on pienten mikro-organismien kautta. Biogeenistä metaania tuotetaan tällä menetelmällä. Metanogeenit, jotka ovat pieniä metaania tuottavia mikro-organismeja, hajottavat orgaanista ainesta. Metaanigeenit esiintyvät lähellä maan ilmakehän pintaa, jossa ei ole happea.

Nämä organismit elävät myös eläinten suolistossa. Ja valitettavasti suuri osa tässä prosessissa syntyvästä metaanista karkaa suoraan ilmakehään. Uusia tekniikoita kehitetään kuitenkin kaasujen keräämiseksi ja metaanipäästöjen ympäristövaikutusten vähentämiseksi.

Abiogeeniset prosessit ovat toinen maakaasun tuotantomenetelmä. Tässä prosessissa vetypohjaiset kaasut ja hiilimolekyylit liikkuvat. Ne ovat vuorovaikutuksessa muiden mineraalien kanssa, joita löytyy maan alta, ja liikkuvat lopulta kohti planeetan pintaa, jolloin syntyy metaaniesiintymiä samalla tavalla kuin termogeeninen metaani.

Käyttämämme maakaasu

Maakaasu toimii monissa kodeissa eri puolilla Yhdysvaltoja, ja lähes 50 % amerikkalaisista kodeista käyttää maakaasua lämmitykseen. Koska maakaasua on runsaasti saatavilla kaikkialla maailmassa, maakaasua pidetään myönteisempänä, kustannustehokkaampana ja ympäristöystävällisempänä energiantuotantotapana verrattuna muihin fossiilisiin polttoaineisiin, kuten hiileen ja öljyyn (lähde).

Kaasu on myös merkittävä osa teollisuutta, sillä sitä käytetään muovien, lääkkeiden ja pakkasnesteiden valmistuksessa (lähde). Kaasua käytetään myös sähköntuotantoon, ja sitä pidetään puhtaampana menetelmänä verrattuna hiilivoimaloihin.

Uudet teknologiat ovat myös mahdollistaneet sen, että kaasulla voidaan tuottaa lämpöä ja sähköä samanaikaisesti, jolloin kaasua käytetään optimaalisesti ja ympäristövaikutukset vähenevät.

Väestön määrän kasvaessa eri puolilla maailmaa liikenteeseen tulee joka päivä lisää ajoneuvoja. Paineistettu maakaasu (CNG) on toinen menetelmä ajoneuvojen, erityisesti raskaiden kuorma-autojen, ja kuljetusajoneuvojen käyttövoimaksi.

CNG:stä vapautuu paljon vähemmän hiilidioksidipäästöjä kuin bensiinistä, ja sen pääasiallinen haittapuoli on se, että se ei tuota yhtä paljon energiaa kuin kaasu.

Maailmassa kaasun käyttö lisääntyy, ja ennusteiden mukaan kaasun maailmanlaajuinen kulutus kasvaa Kiinan ja Brasilian kasvun vuoksi 50 prosenttia seuraavien 25 vuoden aikana (lähde).

Yhdysvallat on kuitenkin edelleen maakaasun ykköskuluttaja, jota seuraavat tiiviisti Venäjä ja Kiina (lähde). Siksi kaasun turvallinen tuottaminen ja sen ympäristövaikutusten vähentäminen on elintärkeää kaasuteollisuuden kestävän kasvun kannalta.

Miten paljon maakaasu painaa ilmaan verrattuna?

Maakaasulla on pienempi tiheys kuin ilmalla. Se koostuu pääasiassa metaanista, joka on ilmaa kevyempää (lähde). Maakaasun tiheyslaskuri osoittaa, että maakaasu painaa 0,712 kg/m³ (0,04457 lb/ft³) verrattuna ilman 1,204 kg/m³ (0,07516 lb/ft³).

Maakaasu voidaan jäähdyttää noin -260 celsiusasteeseen ja muuttaa nesteytetyksi maakaasuksi (LNG). LNG vie vain 1/600 tilavuudesta kaasumaisessa tilassaan. Tämä mahdollistaa sen varastoinnin ja kuljetuksen (lähde).

Maakaasu vs. metaani

Jotkut saattavat yrittää puhua maakaasusta ja metaanista synonyymeinä, mutta ne ovat eri kaasuja. Toisaalta maakaasu koostuu pääasiassa metaanista, joten erot ovat häviävän pieniä.

Mitä on metaani ja miten se eroaa ”maakaasusta”?

Metaani (CH₄) muodostaa suurimman osan maakaasun koostumuksesta. Metaania vapautuu, kun orgaaninen aines hajoaa (lähde). Se on runsain maapallolla esiintyvä orgaaninen yhdiste, ja huomioon otetaan, että se on myrkytön.

Tämä seikka saattaa olla yllättävä, kun otetaan huomioon kaasun hengittämisen aiheuttamat kuolemantapaukset. Ne johtuvat kuitenkin itse asiassa pikemminkin hapen puutteesta kuin itse metaanin myrkyllisyydestä.

Metaania esiintyy kahdessa muodossa: orgaanisena ja termogeenisenä. Orgaaninen metaani on peräisin esimerkiksi kaatopaikoilta ja soilta. Orgaanista metaania vapautuu myös ihmisen ja eläinten jätteistä, jotka käyvät.

Termogeeninen metaani muodostuu syvemmällä maan alla ja tuottaa maakaasua lämmön ja paineen avulla. Pienempiä metaaniesiintymiä esiintyy lähempänä pintaa öljyn rinnalla, kun taas syvemmällä puhtaita metaaniesiintymiä esiintyy suuremmissa syvyyksissä (lähde).

Metaania kutsutaan myös kasvihuonekaasuksi, sillä se lämmittää maapallon ilmakehää. Jos se päästetään suoraan ilmakehään eikä sitä polteta, se on paljon haitallisempaa ympäristölle kuin hiilidioksidi (lähde).

Vaikka metaani muodostaa merkittävän osan maakaasusta, kuten edellä mainittiin, maakaasun koostumukseen kuuluu myös muita komponentteja. Maakaasu käy läpi myös prosessin, jossa siitä poistetaan haitalliset alkaanit, ennen kuin se menee kotitalouksiin ja yrityksiin. Maakaasun sisältämä metaani antaa maakaasulle myös sen kelluvan ominaisuuden.

Metaanin lähteet

Metaania pääsee ilmakehään monista eri lähteistä.

Sähkön- ja lämmöntuotanto

Metaani ei ehkä ole merkittävä kasvihuonekaasupäästö sähköntuotannossa, mutta merkittävä määrä metaania vapautuu ilmakehään tästä prosessista. Sitä voi myös vuotaa viallisista tehtaista ja vaurioituneista putkistoista. Nämä vuodot, varsinkin jos niitä ei löydetä ja pysäytetä nopeasti, voivat olla erittäin haitallisia ympäristölle.

Koteihin toimitettu jalostettu maakaasu on yleensä lähes kokonaan metaania ilman muita myrkyllisiä kemikaaleja.

Arktinen maisema

Permafrost, yli kaksi vuotta jäätynyt maaperä, on alkanut sulaa arktisella alueella lämpötilojen nousun vuoksi. Kun ikirouta sulaa, orgaaninen aines vapauttaa hiilidioksidia ja metaania maapallon ilmakehään (lähde).

Karja

Metaania syntyy ja vapautuu karjan kautta. Kun maapallon väestö kasvaa, lihavalmisteiden tarve kasvaa jatkuvasti. Maanviljelijät vastaavat näihin tarpeisiin kasvattamalla yhä suurempia eläinkantoja.

Nämä eläimet vapauttavat metaania ilmakehään ulosteidensa kautta. Vaikka ajatus lehmien ilmavaivoista kuulostaa melko koomiselta, ympäristövaikutusten huomiotta jättäminen ei voi tapahtua.

Yksin Yhdysvalloissa kotieläimet, kuten naudat, siat, lampaat ja vuohet, ovat suurimpia metaanipäästöjen tuottajia (lähde).

Ihmiset

Lihanhimomme ei ole ainoa metaanipäästöjen aiheuttaja ympäristöön. Myös ihmisen ruumiintoiminnot vapauttavat metaania ilmakehään. Kaatopaikoille lähetettävät orgaaniset jätteet sekä jätevedenpuhdistamot ovat molemmat vastuussa CH₄-päästöistä (lähde).

Ihmiset aiheuttavat suurimman osan päästöistä myös toimillamme, kun taas muut metaanipäästöt tulevat luonnollisista lähteistä. Metaanipäästöissä on ollut valtava piikki vuodesta 1800 lähtien, ja olemme aiheuttaneet ilmakehän metaanipitoisuuden yli kaksinkertaistumisen siitä lähtien (lähde).

Metaanin ominaisuudet

Ominaisuudet

Metaani on väritöntä, hajutonta, mautonta ja muodotonta. Se on kaasumaista kaikissa yli -161 asteen lämpötiloissa. Se on myös fossiilinen polttoaine.

Maakaasua mitataan brittiläisillä lämpöyksiköillä eli Btu:lla. Yksi Btu on lämpömäärä, joka tarvitaan nostamaan yhden paunan veden lämpötilaa yhdellä Fahrenheit-asteella. Kuutiojalka kaasua vastaa noin 1032 Btu:ta (lähde).

Paino

Kuutiojalka on tavallisesti tilavuuden mukaan mitattuna maakaasun yleisesti käytetty mittayksikkö. Maakaasu vastaa 8,003 puntaa kuutiometriä kohti.

Syttyvyys

Erittäin helposti syttyvää, mutta sen syttyvyysalue on alhainen, mikä osoittaa, että se on turvallista kotitalouskäyttöön. Maakaasun itsesyttymislämpötila on 1003 Fahrenheit-astetta (lähde).

Haju

Kuten edellä mainittiin, maakaasu on hajutonta. Se voi osoittautua vaaralliseksi, sillä kaasu voi olla hengenvaarallinen. Vuonna 1937 kaasuvuoto aiheutti räjähdyksen koulussa New Londonissa, Texasissa. Räjähdyksessä kuoli lähes 300 oppilasta ja opettajaa. Se osoittautui katalysaattoriksi, joka muutti kaasuteollisuuden toimintaa (lähde).

Maakaasuun on lisätty rikkiä, minkä vuoksi se haisee hieman mädille munille. Kaasun hajustamiseen käytetään kemiallista merkaptaania.

Jos haistat alueella kaasun hajua, poistu itse ja muut ihmiset tilasta mahdollisimman nopeasti sytyttämättä mitään laitteita tai valoja tai mitään sellaista, joka voi aiheuttaa kipinän. Soita välittömästi hätänumeroon, kun olet kaasun (lähteen) vaikutusalueen ulkopuolella.

Vaikutus ympäristöön

Tässä artikkelissa ja monissa muissa maakaasua käsittelevissä artikkeleissa maakaasua on usein kutsuttu puhtaaksi fossiiliseksi polttoaineeksi sen vähäisten hiilidioksidipäästöjen (CO2) vuoksi. Tämä titteli on kuitenkin epäoikeudenmukainen, koska metaani voi aiheuttaa vahinkoa ympäristölle.

Metaani on myös kasvihuonekaasu, ja vaikka sen elinikä ilmakehässä on lyhyempi kuin hiilidioksidin, se voi aiheuttaa 20 vuoden aikana enemmän vahinkoa ympäristölle kuin CO2 (lähde).

Kaasujen tiheyden puute pahentaa asiaa. Kaasu voi nousta ja sitoa lämpöä yläilmakehään. Metaani on 86 kertaa hiilidioksidia voimakkaampi ympäristövaikutuksiltaan yli 20 vuoden ajan. Se voi sitoa lämpöä, joka nopeuttaa ilmaston lämpenemistä eksponentiaalisesti (lähde).

Vaikka on helppo sanoa, että kaasu poltetaan ensisijaisesti, vuodot ovat valitettavasti osa prosessia, jossa kaasua käsitellään ja jaetaan eri maissa ja maanosissa (lähde).

Tutkimukset ovat osoittaneet, että metaanipäästöjen arvioitu määrä on laskettu väärin ja se on 60 prosenttia suurempi kuin alun perin luultiin. Nämä päästöt ovat lähes yhtä suuret kuin hiilidioksidin ympäristölle aiheuttama vahinko lyhyellä aikavälillä (lähde).

Vuotoja voi tapahtua missä tahansa vaiheessa maakaasun louhintaprosessia, maan sisällä olevista vuodoista putkien ja varastosäiliöiden vuotoihin. Reikien, kuten Houstonin yhtiön Louisianassa tekemän reiän, vuoksi terässäiliöautoista vuotaa valtavia määriä nesteytettyä maakaasua ilmaan, mikä herättää pelkoa hallitsemattomien tulipalojen syttymisestä (lähde).

Yhdysvalloissa on noin 500 000 maakaasukaivoa ja 3 miljoonaa kilometriä putkia. Nämä jättävät lähes rajattoman määrän mahdollisuuksia vuotaa maakaasua ympäristöön (lähde).

Loppuajatuksia

Yhdysvaltojen kaasun tulevaisuus on muuttunut. Kaasu on aina ollut merkittävä osa maan energiakehystä, ja se tulee olemaan osa sitä myös lähitulevaisuudessa. Jonkin verran on pyritty minimoimaan ympäristövaikutuksia, mutta maakaasu ei ole läheskään niin ”puhdas” fossiilinen polttoaine kuin tiedotusvälineet sitä kuvaavat.

Kysymykseen siitä, että kaasu on ilmaa kevyempää: Jos joskus heräät huoneessa, joka on täynnä kaasua, mene lattialle, peitä suusi märällä liinalla ja ryömi ulos alueelta. Kaasu on aina keskittynyt korkeammalle huoneessa, ja toivottavasti tämä tieto voi pelastaa henkesi.