Nehezebb a földgáz a levegőnél? (Források, súlyok, tulajdonságok)

A földgáz a világ egyik leggyúlékonyabb gáza (forrás), amely 90%-ban (vagy még inkább) metánból áll. Szagtalan, és széles körben használják az egész bolygón, a világ természetes energiaforrásainak közel egyötödét teszi ki. Meglepő módon sokan nem sokat tudnak a földgázról, annak ellenére, hogy mindennapi használatban van.

Súlyosabb a földgáz a levegőnél? Nem, a földgáz nem nehezebb a levegőnél, Molekulatömege 16-18 között mozog. Ez egy szénhidrogén-keverék, amely elsősorban metánból áll, de tartalmaz más összetevőket is, például etánt és propánt, valamint kis mennyiségű nitrogént és szén-dioxidot. A száraz levegő molekulatömege a becslések szerint valamivel 29 alatt van.

Sétálsz a lakásodba és megállsz. Beleszagolsz a levegőbe, és megérzed: gázszag. Valaki valószínűleg bekapcsolva hagyta a kályhát, és a lakásodban most gázszag van. Nem nagy baj, amíg gyorsan ki tudod szellőztetni a lakást. Ezt a helyzetet sokan átélhették már.

Ez is felveti a kérdést:

Miből áll a levegő?

A levegő a körülöttünk lévő légkörre használt általános kifejezés. A levegő elsősorban nitrogénből és oxigénből áll (99%-ban), a maradék 1%-ot pedig argon, szén-dioxid, neon, hélium, kripton, hidrogén és xenon alkotja (forrás).

Ezek a gázok alkotják a periódusos rendszer hat inert gázából ötöt is. Ha többet szeretnél megtudni ezekről a gázokról, olvasd el a “Mi a különbség az inert és az aktív gáz között?” című részt.

A “levegőnél könnyebb” kifejezést gyakran használják, de pontosan mennyire nehéz a levegő? A levegő nehézsége általában úgy mérhető, hogy megnézzük a levegő sűrűségét egy tárgyban. Például egy felfújt léggömb nehezebb lesz, mint egy fel nem fújt léggömb. A léggömb belsejében lévő levegő nyomása miatt a levegő sűrűsége megnőtt (forrás).

A földgáz forrásai

A földgáz a szénrétegekben, valamint a földgáz- és olajkutakban található. Az Egyesült Államokon belül Texas és Pennsylvania a két legnagyobb földgáztermelő állam az országban. Az Egyesült Államokon belüli nagyarányú földgázkitermelés miatt az országon belül felhasznált földgáz szinte teljes egésze az amerikai határokon belülről származik (forrás).

A földgázok és olajok nagy része a palabányászatból származik. A pala olyan üledékes kőzet, amely szerves anyagot tartalmaz, amely olajat és földgázt termel. Ezek idővel felhalmozódnak, és feldolgozással nyerhető belőlük gáz és olaj.

A földgáz egy másik típusát szűk földgáznak nevezik, és a föld belsejéből származik. Ez a gáz azonban homokkő- és karbonáttározókból származik. Az Egyesült Államokban kitermelt földgáz nagy része palából származik.

A földből kitermelt földgáz

A földgáz általában a föld mélyén található. A gáztározók mindig az olajkutak szomszédságában találhatók, és minél mélyebb a kút, annál nagyobb százalékban lesz benne gáz (forrás).

A földgáz nem megújuló energia, amely évmilliók óta növekszik a földkéregben, és csak az elmúlt néhány évszázadban tudta az ember biztonságosan felhasználni. Ahogy a szerves maradványok lebomlottak és betemetődtek a kőzet- és földrétegek alá, a rájuk nehezedő nyomás olyan folyamatot hozott létre, amely a maradványokat szénhidrogénné változtatta.

A földgáztározókat általában egy védő kőzetréteg veszi körül, különösen egy “fedőszikla” a tetején, amely nyomás alatt és biztonságban tartja a gázt (forrás).

Egyéb földgázforrások

Az állatok és az emberek beleiben és a bolygó oxigénszegény területein található gázok példák egyéb földgázforrásokra. Könnyebb sűrűsége miatt a gáz a földből húzható ki, vagy természetes módon lassan szivároghat a környezetbe.

A földgáz felhasználásának egyik első feljegyzett példáját francia felfedezők találták, akik 1626-ban felfedezték, hogy az Erie-tó környékén az amerikai őslakosok meggyújtották az Erie-tó környékéről szivárgó gázokat (forrás).

A gáz azonban csak az 1800-as években került kereskedelmi forgalomba, amikor William Hart kiásta az első sikeres gázkutat New Yorkban, hogy 1821-ben megalapítsa a Fredonia Gas Light Company-t.

A földgáz keletkezése

A fosszilis tüzelőanyagok eredetéről sokféle elmélet létezik. Mint már említettük, keletkezhetnek a föld alatt évezredek óta eltemetett szerves anyagokra nehezedő nyomás hatására.

Ez a folyamat a szerves anyagra az üledék- és iszaprétegek összegyűjtése által gyakorolt nyomás, valamint a földmaghoz (forrás) közelebbi megnövekedett hőmérséklet révén megy végbe.

A földgáz keletkezésének másik módszere az apró mikroorganizmusok révén történik. Ezzel a módszerrel biogén metán keletkezik. A metanogének, azaz a metánt termelő apró mikroorganizmusok lebontják a szerves anyagokat. A metanogének a földi légkör felszínének közelében fordulnak elő, ahol nincs oxigén.

Ezek az organizmusok az állatok beleiben is élnek. És sajnos az e folyamat során keletkező metán nagy része közvetlenül a légkörbe kerül. Azonban új technológiákat fejlesztenek ki a gázok begyűjtésére és a metánkibocsátás környezeti hatásainak csökkentésére.

A földgáztermelés másik módszere az abiogén folyamatok. Ez a folyamat a hidrogénalapú gázok és a szénmolekulák mozgását jelenti. Ezek kölcsönhatásba lépnek más ásványi anyagokkal, amelyek a föld alatt találhatók, és végül a bolygó felszíne felé mozognak, a termogén metánhoz hasonlóan metánlelőhelyeket hozva létre.

A földgáz, amit használunk

A földgáz az USA számos otthonában működik, és az amerikai otthonok közel 50%-a földgázt használ fűtésre. Mivel világszerte bőséges gázkészlet áll rendelkezésre, a földgáz megítélése kedvezőbb, költséghatékonyabb és környezetbarátabb energiatermelési módszer más fosszilis tüzelőanyagokhoz, például a szénhez és az olajhoz képest (forrás).

A földgáz az iparban is jelentős szerepet játszik, mivel műanyagokat, gyógyszereket és fagyállót gyártanak belőle (forrás). A gázt villamosenergia-termelésre is használják, és a széntüzelésű erőművekhez képest tisztább módszernek tekintik.

Az új technológiák lehetővé tették azt is, hogy a gázzal egyszerre termeljenek hőt és villamos energiát, így a gázt optimálisan használják fel, és csökkentik a környezetterhelést.

A világ növekvő népességével napról napra több jármű kerül az utakra. A sűrített földgáz (CNG) egy másik módszer a járművek, különösen a nehéz teherautók és a szállítójárművek meghajtására.

A CNG a benzinhez képest jóval kevesebb szén-dioxid-kibocsátást bocsát ki, és elsődleges hátránya, hogy a gázzal összehasonlítva nem termel ugyanannyi energiát.

A világ minden táján nő a gázfelhasználás, és az előrejelzések szerint a kínai és brazil növekedésnek köszönhetően a következő 25 évben a világ gázfogyasztása 50%-kal fog növekedni (forrás).

A földgáz első számú fogyasztója azonban még mindig az Egyesült Államok, amelyet szorosan követ Oroszország és Kína (forrás). Ezért a gáz biztonságos kitermelése és környezeti hatásainak csökkentése létfontosságú a gázipar fenntartható növekedése szempontjából.

Mennyit nyom a földgáz a levegőhöz képest?

A földgáz sűrűsége kisebb, mint a levegőé. Elsősorban metánból áll, amely könnyebb a levegőnél (forrás). A földgáz sűrűségének számítása azt mutatja, hogy a földgáz súlya 0,712 kg/m³ (0,04457 lb/ft³) szemben a levegő 1,204 kg/m³ (0,07516 lb/ft³) súlyával.

A földgázt körülbelül -260 Fahrenheit-fokra lehet lehűteni és cseppfolyósított földgázzá (LNG) alakítani. Az LNG gáz halmazállapotban csak 1/600 térfogatot foglal el. Ez lehetővé teszi a tárolását és szállítását (forrás).

Földgáz vs. metán

Némelyek megpróbálnak szinonimaként beszélni a földgázról és a metánról, de ezek különböző gázok. Másrészt a földgáz elsősorban metánból áll, így a különbségek elenyészőek.

Mi a metán, és miben különbözik a “földgáztól”?

A metán (CH₄) teszi ki a földgáz összetételének nagy részét. A metán a szerves anyagok bomlásakor szabadul fel (forrás). Ez a Földön leggyakrabban előforduló szerves vegyület, és az a megfontolás, hogy nem mérgező.

Ez a tény meglepő lehet, figyelembe véve a gáz belégzése miatt bekövetkező halálos áldozatok számát. Ezek azonban valójában inkább az oxigénhiánynak, mint magának a metánnak a toxicitásának köszönhetőek.

A metán két formában fordul elő: szerves és termogén formában. A szerves metán olyan forrásokból származik, mint a hulladéklerakók és a mocsarak. Az erjedő emberi és állati hulladékokból szintén szerves metán szabadul fel.

A termogén metán a mélyebb felszín alatti rétegekben keletkezik, és hő és nyomás hatására földgázt termel. A metán kisebb lelőhelyei a felszínhez közelebb találhatók a kőolaj mellett, míg a mélyebb, tiszta metántartalékok nagyobb mélységben fordulnak elő (forrás).

A metán üvegházhatású gázként is ismert, mivel felmelegíti a földi légkört. Ha közvetlenül a légkörbe kerül, és nem égetik el, sokkal károsabb a környezetre, mint a szén-dioxid (forrás).

Míg a földgáz jelentős részét a metán teszi ki, mint már említettük, a földgáz más összetevőket is tartalmaz. A földgáz egy folyamaton is átesik, amelynek során eltávolítják belőle a káros alkánokat, mielőtt a háztartásokba és a vállalkozásokba kerülne. A földgázban lévő metán adja a földgáz úszóképességét is.

A metán forrásai

A metán számos forrásból kerül a légkörbe.

Elektrom- és hőtermelés

A villamos energia előállítása során nem feltétlenül a metán a jelentős üvegházhatású gázkibocsátás, de ebből a folyamatból jelentős mennyiségű metán kerül a légkörbe. Hibás gyárakon és sérült csővezetékeken keresztül is kiszivároghat. Ezek a szivárgások, különösen, ha nem találják meg és nem állítják le gyorsan, rendkívül károsak lehetnek a környezetre.

Az otthonokba szállított feldolgozott földgáz általában szinte teljes egészében metánból áll, más mérgező vegyi anyagok nélkül.

Sarkvidéki táj

A sarkvidéken a hőmérséklet emelkedése miatt elkezdett kiolvadni a több mint két éve fagyott talaj, a permafroszt. Amikor a permafroszt kiolvad, a szerves anyagok szén-dioxidot és metánt bocsátanak ki a földi légkörbe (forrás).

Jószágok

A metán az állatállományon keresztül keletkezik és szabadul fel. A Föld népességének növekedésével a hústermékek iránti igény folyamatosan nő. A gazdák ezeket az igényeket egyre nagyobb állatcsordák felnevelésével elégítik ki.

Ezek az állatok ürülékükön keresztül metánt bocsátanak ki a légkörbe. Bár a tehénpuffadás gondolata elég komikusan hangzik, a környezeti hatások figyelmen kívül hagyása nem fordulhat elő.

Egyedül az Egyesült Államokban a háziállatok, például a szarvasmarha, a sertés, a juh és a kecske a legnagyobb metánkibocsátók (forrás).

Az emberek

Nem csak a hús iránti vágyunk járul hozzá a környezetbe történő metánkibocsátáshoz. Az emberi testfunkciók szintén metánt bocsátanak ki a légkörbe. A hulladéklerakókba kerülő szerves hulladék, valamint a szennyvíztisztító telepek egyaránt felelősek a CH₄-kibocsátásért (forrás).

A kibocsátások nagy részét szintén az emberek okozzák tetteinkkel, míg a többi metánkibocsátás természetes forrásokból származik. A metánkibocsátás 1800 óta hatalmas mértékben megugrott, és azóta mi okoztuk a légköri metánszint több mint kétszeresét (forrás).

A földgáz tulajdonságai

Jellemzők

A földgáz színtelen, szagtalan, íztelen és alaktalan. Minden -161 fok feletti hőmérsékleten gáznemű. Ez is egy fosszilis tüzelőanyag.

A földgázt brit hőegységben vagy Btu-ban mérik. Egy Btu az a hőmennyiség, amely egy font víz hőmérsékletének egy Fahrenheit-fokkal való növeléséhez szükséges. Egy köbláb gáz körülbelül 1032 Btu (forrás).

Súly

A földgáz esetében általában a köbláb a térfogatban mért mértékegység. A földgáz köblábanként 8,003 fontnak felel meg.

Gyúlékonyság

Nagyon gyúlékony, de alacsony a gyúlékonysági tartománya, ami azt jelzi, hogy háztartási használatra biztonságos. A földgáz öngyulladási hőmérséklete 1003 Fahrenheit-fok (forrás).

Szag

Mint már említettük, a földgáz szagtalan. Veszélyesnek bizonyulhat, mivel a gáz halálos kimenetelű lehet. 1937-ben a texasi New Londonban egy gázszivárgás robbanást okozott egy iskolában. A robbanás közel 300 diákot és tanárt ölt meg. Ez katalizátornak bizonyult a gázipar működésének megváltoztatásához (forrás).

A földgázhoz ként adnak hozzá, ami miatt kicsit záptojásszagú. A gáz szagosítására a merkaptán nevű vegyi anyagot használják.

Ha gázszagot érez egy területen, a lehető leggyorsabban távolítsa el magát és másokat is a helyiségből, anélkül, hogy bekapcsolna bármilyen készüléket vagy világítást, vagy bármit, ami szikrát okozhat. Azonnal hívja a 911-et, amint a gáz(forrás) hatótávolságán kívülre került.

A környezetre gyakorolt hatás

Ebben a cikkben és a földgázról szóló számos cikkben gyakran nevezik a tiszta fosszilis tüzelőanyagnak a minimális szén-dioxid (CO2) kibocsátás miatt. Ez a cím azonban igazságtalan, mert a metán kárt okozhat a környezetben.

A metán is üvegházhatású gáz, és bár a szén-dioxidhoz képest rövidebb ideig van jelen a légkörben, 20 év alatt több kárt okozhat a környezetben, mint a CO2 (forrás).

A gázok sűrűségének hiánya súlyosbítja ezt. A gáz felemelkedhet és csapdába ejtheti a hőt a felső légkörben. A metán a szén-dioxidnál 86-szor erősebb hatást gyakorol a környezetre több mint 20 éven keresztül. Olyan hőt képes csapdába ejteni, amely exponenciális mértékben gyorsítja a globális felmelegedést (forrás).

Míg könnyű azt mondani, hogy a gázt elsősorban elégetik, a szivárgások sajnos részei a gáz feldolgozásának és országok és kontinensek közötti elosztásának (forrás).

Tanulmányok kimutatták, hogy a metánkibocsátás becsült mennyiségét rosszul számították ki, és 60%-kal magasabb, mint eredetileg gondolták. Ezek a kibocsátások majdnem megegyeznek azzal a kárral, amelyet a szén-dioxid rövid távon okoz a környezetnek (forrás).

A földgázkitermelés folyamatának bármely pontján előfordulhatnak szivárgások, a talajon belüli szivárgásoktól kezdve a csövek és tárolóedények szivárgásáig. Az olyan lyukak, mint amilyen egy houstoni cégnél Louisianában történt, acéltartályokból hatalmas mennyiségű cseppfolyósított földgáz szivárog a levegőbe, ami félelmet kelt, hogy ellenőrizetlen tüzek keletkezhetnek (forrás).

Az Egyesült Államokban körülbelül 500 000 földgázkút található, 3 millió kilométernyi csővel együtt. Ezek szinte végtelen számú lehetőséget hagynak arra, hogy a földgáz a környezetbe szivárogjon (forrás).

Végső gondolatok

A földgáz jövője az Egyesült Államokban megváltozott. A földgáz mindig is jelentős része volt az ország energetikai keretének, és belátható időn belül ez így is marad. Történt némi erőfeszítés a környezeti hatások minimalizálására, de a földgáz messze nem az a “tiszta” fosszilis üzemanyag, amilyennek a média ábrázolja.

Ami a gáz levegőnél könnyebb voltára vonatkozó kérdést illeti: Ha valaha is felébredsz egy gázzal teli szobában, feküdj a földre, takard be a szádat egy nedves ruhával, és kússz ki a területről. A gáz mindig feljebb koncentrálódik a helyiségben, és remélhetőleg ez a kis tudás talán megmentheti az életét.