Methan

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Strukturformel
Strukturformel von Methan
Allgemeines
Name Methan
Andere Namen
  • Methylwasserstoff
  • Carban
  • R-50
Summenformel CH4
Kurzbeschreibung

farb- und geruchsloses Gas[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 74-82-8
EG-Nummer 200-812-7
ECHA-InfoCard 100.000.739
PubChem 297
Wikidata Q37129
Eigenschaften
Molare Masse 16,04 g·mol−1
Aggregatzustand

gasförmig

Dichte
  • 0,72 kg·m−3 (gasförmig, 0 °C, 1013 hPa)[1]
  • 0,42 g·cm−3 (flüssig, am Siedepunkt)[1]
Schmelzpunkt

−182 °C[1]

Siedepunkt

−162 °C[1]

pKs-Wert

48[2]

Löslichkeit
Dipolmoment

0[4]

Brechungsindex

1,000444 (0 °C, 101,325 kPa)[5]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[6] ggf. erweitert[1]
02 – Leicht-/Hochentzündlich 04 – Gasflasche

Gefahr

H- und P-Sätze H: 220​‐​280
P: 210​‐​377​‐​381​‐​403 [1]
MAK

Schweiz: 10000 ml·m−3 bzw. 6700 mg·m−3[7]

Treibhauspotential

28 (bezogen auf 100 Jahre)[8]

Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−74,87 kJ·mol−1[9]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Methan ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Alkane mit der Summenformel CH4. Das farb- und geruchlose, brennbare Gas kommt in der Natur vor und ist der Hauptbestandteil von Erdgas. Es dient als Heizgas und ist in der chemischen Industrie als Ausgangsprodukt für technische Synthesen von großer Bedeutung.

Als Treibhausgas hat Methan ein hohes Treibhauspotential und trägt zur globalen Erwärmung bei. In der Erdatmosphäre wird es zu Kohlenstoffmonoxid und schließlich zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Die Kohlendioxidemissionen bei Verbrennung betragen 2,74 kg CO2/kg Methan.

Die Verbrennung erfolgt mit bläulich-heller Flamme in Gegenwart von ausreichend Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Methan ist in Wasser unlöslich und bildet mit Luft explosive Gemische. Da es in Lagerstätten in großen Mengen vorkommt, ist es eine attraktive Energiequelle. Der Transport erfolgt durch Pipelines oder als tiefgekühlte Flüssigkeit mittels Tankschiffen. Daneben gibt es als Methanhydrat gebundene Vorkommen am Meeresboden, wobei der genaue Vorrat unbekannt ist. Weiterhin entsteht das Gas in beträchtlichen Mengen durch biologische Prozesse, etwa bei der Viehhaltung.

Entdeckung und Namensherkunft[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Name Methan leitet sich von Méthylène her. Dies war der erste Name, den die französischen Chemiker Jean-Baptiste Dumas und Eugène-Melchior Péligot 1834 der Flüssigkeit, die heute als Methanol bezeichnet wird, gaben. Sein Name setzt sich aus altgriechisch méthy (altgriechisch μέθυ) für berauschendes Getränk oder Wein und hylé (altgriechisch ὕλη) für Holz zusammen.[10] Der deutsche Chemiker August Wilhelm von Hofmann schlug 1866 erstmals in einer englischen Veröffentlichung eine systematische Nomenklatur vor, wonach der Name für Gas sich von Methylene ableitete und Methane genannt werden sollte.[11] Daraus entstand die deutsche Form Methan.

Methan war schon den Alchemisten im Mittelalter als Bestandteil von Fäulnisgasen, auch als Sumpfluft bezeichnet, bekannt. Im Februar 1659 untersuchte der Engländer Thomas Shirley bei Wigan eine Quelle mit brennbarem Wasser. Er konnte zeigen, dass nicht das Wasser, sondern ein Gas, das vom Boden des aufgestauten Wassers aufstieg, das Phänomen verursachte. Er vermutete, dass das Gas aus einer darunterliegenden Kohlelagerstätte stammte und dass es Grubengas war.[12] Über die Natur des Gases war damals noch nichts bekannt. 1856 stellte Marcellin Berthelot Methan zum ersten Mal aus Kohlenstoffdisulfid und Schwefelwasserstoff her.

In alten Texten wurde Methan gelegentlich auch als Methylwasserstoff bezeichnet.

Vorkommen und Entstehung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methananteil in Planeten-Atmosphären
Planet Anteil
Erde 1,86 ppm
Mars 0,0105 ppm
Jupiter 3000 ± 1000 ppm
Saturn 4500 ± 2000 ppm
Uranus 23000 ppm
Neptun 15000 ± 5000 ppm

Irdisch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Atmosphärische Methanverteilung im August 2005

Man nimmt an, dass neben Ammoniak und Wasserdampf Methan ein Hauptbestandteil der irdischen Uratmosphäre war.

Methan kommt vielfältig vor und wird auf der Erde ständig neu gebildet, z. B. bei biologischen und geologischen Prozessen (Serpentinisierung).[13][14] Die Methankonzentration in der Erdatmosphäre hat sich vom Jahr 1750 bis zum Jahr 2018 von 0,73 auf 1,869 ppm mehr als verdoppelt und damit den höchsten Wert seit mindestens 800.000 Jahren erreicht.[15][16][17][18]

Oberflächennah[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein großer Teil des terrestrischen Methans wird durch Mikroorganismen gebildet: Beim Faulen organischer Stoffe unter Luftabschluss in Sümpfen oder im Sediment auf dem Grund von Gewässern bildet sich Sumpfgas, ein Gemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid. Auch Biogas besteht überwiegend aus Methan (etwa 60 %) und Kohlenstoffdioxid (etwa 35 %), daneben enthält es noch Wasserstoff, Stickstoff und Schwefelwasserstoff.

Die Bildung erfolgt oberflächennah biotisch: einerseits anaerob im Zuge der Methanogenese (aus Kohlenstoffdioxid und zum größten Teil Acetat). Das wird durch spezielle Archaeen verursacht, den Methanogenen. Sie nutzen einfache organische Verbindungen wie Kohlenstoffdioxid oder Methanol und reduzieren diese zu Methan, wobei sie Energie gewinnen. Dieser Prozess wird Methanogenese genannt. Beispielsweise werden bei der Bildung von Methan aus CO2 und Wasserstoff (H2) unter Standardbedingungen bei einem pH-Wert von sieben etwa 131 kJ/mol an Freier Enthalpie (Gibbs-Energie, ΔG0’) freigesetzt:[19]

Aus Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff wird Methan und Wasser
Übersicht über die anaerobe Verwertung von polymeren Substraten und Lipiden

Ein kleiner Teil der biotischen Entstehung basiert auf der aeroben Spaltung von Methylphosphonaten.[20][21]

Unterirdisch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methanometer der Zeche Zollern

Unterhalb der Oberfläche der Erde entsteht Methan im tieferen Untergrund bei hohen Temperaturen und Drücken und wird meist bei vulkanischen Aktivitäten frei. Es ist Hauptbestandteil des Erdgases (85–98 %), das vor allem als Begleiter von Erdöl vorkommt. Auch das in Steinkohlelagern eingeschlossene Grubengas enthält hauptsächlich Methan. Es kann abiotisch thermal im Rahmen des Reifeprozesses von Kohle (geochemische Phase der Inkohlung), sowie aus allen Typen von Kerogenen und Erdöl entstehen.[22]

Methan, das am Meeresgrund austritt, wird durch den hohen Druck und die niedrige Temperatur zu festem Methanhydrat umgewandelt. Es wird auch als „Methaneis“ bezeichnet. Der Kohlenstoffgehalt der weltweiten Methanhydratvorkommen wird auf 500–3000 Gigatonnen geschätzt.[23][24] Zum Vergleich: Der Kohlenstoffgehalt der nachgewiesenen Kohlereserven beträgt etwa 900 Gt.[25]

Eine Gewinnung des Methanhydrats könnte zur Lösung irdischer Energieprobleme beitragen, ist jedoch problematisch. Ein besonderes Problem besteht zum Beispiel darin, dass bei der Bergung viel Methan in die Erdatmosphäre gelangen würde und dort als sehr wirksames Treibhausgas zu einer weiteren Erwärmung und damit weiterer Freisetzung von Methan beitragen würde. Außerdem ist die Förderung von Methanhydrat nicht ungefährlich. Erste Förderversuche sind bereits im Gange. Die Folgen eines Raubbaus sind weitgehend ungeklärt; Forscher befürchten das Abrutschen der Kontinentalhänge, die zu großen Teilen aus Methaneis (das durch die Förderung instabil werden könnte) bestehen. Wegen der globalen Erwärmung und der damit verbundenen Meerwassererwärmung befürchten einige Forscher das Schmelzen und Verdampfen des Methanhydrats. Das würde zusätzlich Methan als Treibhausgas in die Erdatmosphäre bringen und den anthropogenen Treibhauseffekt verstärken. Die Freisetzung von Methan aus tauenden Permafrostböden ist ein weiteres Kippelement des Klimawandels.[26][27]

Emission[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methan-Konzentration in der Erdatmosphäre seit 800.000 vor unserer Zeit

Jährlich werden auf der Erde etwa 600 Millionen Tonnen Methan emittiert;[28] in Deutschland 1994 etwa 833.000 Tonnen. Etwa 70 % der mikrobiellen Methanemission der Erde ist auf Aktivitäten von Menschen zurückzuführen. In der Landwirtschaft und bei der Tierhaltung wird Methan abgesondert, 39 % dieser Emissionen gehen auf die Rinderhaltung zurück, 17 % auf den Nassreisanbau. Die atmosphärische Verweildauer beträgt 9–15 Jahre und ist verglichen mit anderen Treibhausgasen kurz.

Die zunehmende Haltung von Rindern, der häufige Nassreisanbau und Emissionen von z. B. Deponiegasen verstärken den Treibhauseffekt. Die archaeellen Methanbildner sind für die ständige Neubildung von Methan hauptverantwortlich. Ein Hausrind z. B. stößt täglich etwa 150–250 l Methan aus, weil im Rindermagen Methanogene an der Zersetzung von Cellulose beteiligt sind.

Neue Erkenntnisse zeigen, dass Pflanzen ständig Methan produzieren und so seit jeher zum Methangehalt der Atmosphäre beitragen.[29] Die FAO schrieb 2006 dem Viehwirtschaftssektor ein knappes Fünftel der anthropogenen (vom Menschen verursachten) Treibhausgasemissionen zu, etwas mehr als dem Transportsektor.[30] Die Senkung der Methanemission von Kühen durch Futterzusätze wird (Stand 2007) erforscht.[31][32][33][34]

Anfang 2014 berichtete das Forschungsmagazin Science nach einer Meta-Studie über 200 Studien, dass die US-amerikanische Umweltschutzbehörde Environmental Protection Agency (EPA) den Methangas-Ausstoß in den USA seit 20 Jahren um ein bis drei Viertel zu gering angegeben habe. In den USA wurden jährlich 40 Mio. Tonnen mehr in die Atmosphäre emittiert als bisher offiziell angenommen, sowohl aus natürlichen Quellen wie auch aus der Viehhaltung von beispielsweise 88 Mio. Rindern im Land sowie aus Lecks in Förderanlagen und Pipelines. Unklar ist bislang, wieweit die fehlerhaften Angaben Einfluss auf die Rechenmodelle zur Entwicklung des Weltklimas haben.[35] 2014 wurde in der Gegend um Four Corners durch Satellitendaten eine gewaltige Methanemission aus nahe gelegenen Kohleabbaustätten detektiert.[36] Mit geschätzten 600.000 Tonnen pro Jahr sind die Emissionen größer als die der gesamten britischen Öl-, Gas- und Kohleindustrie.[37] Studien deuten darauf hin, dass die Methan-Emissionen aus Kohleminen stark unterschätzt wurden.[38] Der Fracking-Boom in den USA geht mit einem Anstieg der Methan-Emissionen einher.[39][40]

Außerirdisch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Radarbild: Methanseen in der Nähe des Nordpols vom Saturnmond Titan

Auch die Atmosphären von Mars, Titan, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto enthalten Methan. Außerhalb unseres Sonnensystems ist Methan als erstes organisches Molekül auf Planeten nachgewiesen worden.[41] Im Weltall ist Methan also in größeren Mengen auf Planeten, Kometen und Monden vorhanden.

Mars[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

2009 wurde über Methaneruptionen auf dem Mars berichtet;[42] in der Atmosphäre des Mars wurde Methan nachgewiesen, etwa 10,5 ppb. Da es sich normalerweise nicht in der Atmosphäre halten kann und es keine Hinweise auf Meteoriten als Quelle gibt, muss es auf dem Planeten neu gebildet worden sein, was ein Indiz für Leben auf dem Mars sein kann.[43] Das Methan könnte auch vulkanischen Ursprungs sein, wofür auf dem Mars noch keine Hinweise gefunden wurden; 2008 wurde jedoch nachgewiesen, dass das Methan aus den Lost-City-Hydrothermalquellen geochemischen Ursprungs ist.[13]

Titan[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auf dem Saturnmond Titan herrscht bei −180 °C und etwa 1,6 Bar Atmosphärendruck fast der Tripelpunkt des Methans. Methan kann deshalb auf diesem Mond in allen drei Aggregatzuständen auftreten. Es gibt Wolken aus Methan, aus denen Methan regnet, das dann durch Flüsse, darunter der Vid Flumina, in Methanseen fließt, dort wieder verdunstet und so einen geschlossenen Methankreislauf bildet (analog zum Wasserkreislauf auf der Erde).

Flüssiges Methan ist für Radarstrahlen durchsichtig, so konnte die Raumsonde Cassini die Tiefe des Sees Ligeia Mare zu 170 m bestimmen.[44]

Wahrscheinlich gibt es auf diesen Seen Eisberge aus Methan/Ethan. Diese können nur dann auf den Methanseen schwimmen, wenn sie mindestens 5 % gasförmigen Stickstoff enthalten. Wenn die Temperatur nur geringfügig sinkt, zieht sich der Stickstoff soweit zusammen, dass das Eis zum Grund hinabsinkt. Steigt die Temperatur wieder, kann das Grundeis wieder zur Seeoberfläche aufsteigen. Bei bestimmten Temperaturen kann Oberflächen- und Grundeis gleichzeitig vorkommen.[45][46] Für den Ontario Lacus, einen See nahe dem Südpol des Titan, wurde jedoch als Hauptbestandteil das schwerere Ethan nachgewiesen.

Außerhalb des Sonnensystems[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im März 2008 wurde Methangas erstmals außerhalb unseres Sonnensystems gefunden, auf dem (Exoplaneten HD 189733 b vom Typ Hot Jupiter).

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Herstellung aus Aluminiumcarbid gibt es zwei Methoden, sie werden meist nur im Labor eingesetzt. Die Synthese aus Kohlenstoffmonoxid hat eine besondere Wichtigkeit. Lediglich die Quelle des Wasserstoffs stellt bei dieser Synthese ein Problem dar.

  • Aluminiumcarbid reagiert mit Wasser zu Aluminiumhydroxid und Methan, wenn es erhitzt wird.
  • Aluminiumcarbid reagiert mit Salzsäure zu Aluminiumchlorid und Methan.
  • Natriumacetat wird zusammen mit Natriumhydroxid erhitzt, es entsteht Natriumcarbonat und Methan.
  • Kohlenstoffmonoxid reagiert mit Wasserstoff zu Methan und Wasser.
  • Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasserstoff zu Methan und Wasser.
    Diese Reaktion wurde im 19. Jahrhundert vom Franzosen und Nobelpreisträger Paul Sabatier entdeckt und wird deshalb Sabatier-Prozess genannt.

Heute wird auch viel Methan als Brennstoff in Biogasanlagen hergestellt. Auch durch Holzvergasung kann Methan gewonnen werden. Die Methanisierung nach vorhergehender Wasserelektrolyse ist das Grundprinzip zur Gewinnung von Wind- oder Solargas, dem im Bereich der regenerativen Energien eine zunehmende Bedeutung zugeschrieben wird.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Methan betragen die Bindungswinkel 109,5°

Methan schmilzt bei −182,6 °C und siedet bei −161,7 °C. Aufgrund der unpolaren Eigenschaften ist es in Wasser kaum löslich, in Ethanol und Diethylether löst es sich jedoch gut. Schmelzwärme und Verdampfungswärme betragen 1,1 kJ/mol und 8,17 kJ/mol, im Vergleich zu Metallen sind das aber sehr geringe Werte. Der Heizwert Hi liegt bei 35,89 MJ·m−3 beziehungsweise 50,013 MJ kg−1. Die Standardentropie beträgt 188 J·mol−1·K−1, die Wärmekapazität 35,69 J·mol−1·K−1. Der Tripelpunkt von Methan liegt bei 90,67 K und 0,117 bar, der kritische Punkt liegt bei 190,56 K und 45,96 bar.

Festes Methan existiert in mehreren Modifikationen, zurzeit sind neun verschiedene bekannt.[47] Bei der Abkühlung von Methan bei normalem Druck entsteht Methan I. Dabei handelt es sich um einen kubisch kristallisierenden Stoff Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225. Die Positionen der Wasserstoffatome sind nicht fixiert, d. h. die Methanmoleküle können frei rotieren. Deshalb handelt es sich um einen plastischen Kristall.[48]

Das farb- und geruchlose Gas hat eine geringere Dichte als Luft, es steigt also in die höheren Schichten der Erdatmosphäre auf. Dort wirkt es als Treibhausgas, wobei es 20- bis 30-mal wirkungsvoller ist als Kohlenstoffdioxid, allerdings kommt es in viel geringeren Mengen als dieses in der Atmosphäre vor. Es reagiert dort mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Dieser Prozess ist langsam, die Halbwertszeit wird auf 12 Jahre geschätzt.[8]

Die UN-Nummern von verdichtetem und tiefgekühltem Methan sind 1971 beziehungsweise 1972. Methan liegt in der handelsüblichen 50 Liter-Stahlflasche oder in Kraftfahrzeugtanks (oft mit Kohlenstofffasern verstärktes Epoxidharz über Aluminium-Liner) komprimiert auf 200 bar (als CNG) gasförmig vor. Der Schifftransport in großen Mengen erfolgt in fast überdrucklosen Membrantanks, jedoch bei etwa −160 °C tiefkalt verflüssigt (LNG). Schiffe mit Rohr- und Kugeltanks transportieren Erdgas bei erhöhtem Druck und bei höherer Temperatur.

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methan ist das einfachste Alkan und der einfachste Kohlenwasserstoff, die Summenformel lautet CH4, die C–H-Bindungen weisen in die Ecken eines Tetraeders. Es ist brennbar und verbrennt an der Luft mit bläulicher, nicht rußender Flamme. Es kann explosionsartig mit Sauerstoff oder Chlor reagieren, wozu eine Initialzündung (Zufuhr von Aktivierungsenergie) oder Katalyse erforderlich ist. Bei der Chlorierung entstehen Chlormethan, Dichlormethan, Chloroform und Tetrachlormethan. Bei der Oxidation dagegen wird das Molekül komplett auseinandergerissen. Aus der Reaktion eines Methanmoleküls mit zwei Sauerstoffmolekülen entstehen zwei Wasser- und ein Kohlenstoffdioxidmolekül. Vom Methan leiten sich Methylverbindungen wie z. B. Methanol und die Methylhalogenide sowie die längerkettigen Alkane ab.

Reaktionen mit Sauerstoff[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit Sauerstoff geht Methan unterschiedliche Reaktionen ein, je nachdem wie viel Sauerstoff für die Reaktion zur Verfügung steht. Nur bei genügend großem Sauerstoffangebot ist eine vollständige Verbrennung des Methans mit optimaler Energieausbeute möglich.[49]

Bei ungenügender Sauerstoffzufuhr hingegen entstehen Nebenprodukte wie Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoff (Ruß). Ferner ist in diesem Fall die Nutzenergie geringer.

Weitere Reaktionen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methan geht außer mit Sauerstoff noch vielfältige weitere Reaktionen ein. Viele davon sind sehr wichtig für die chemische Industrie, da die Produkte von großer technischer Bedeutung sind.

Methan reagiert mit Schwefel bei 700 °C und unter Aluminiumoxidkatalyse zu Kohlenstoffdisulfid und Schwefelwasserstoff.
Methan reagiert mit Ammoniak und Sauerstoff an einem Platinkatalysator zu Blausäure und Wasser.
Methan reagiert photochemisch (lichtinduziert) mit Halogenen zu Methylhalogeniden und Halogenwasserstoffen, hier zum Beispiel mit Chlor.[50]
Methan reagiert bei 1400 °C und Wasserdampf zu Ethin und Wasserstoff.
Methan reagiert bei 800 °C am Nickelkontakt mit Wasser zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methan wird vorwiegend als Heizgas zur Wärmeerzeugung und zum Betrieb von Motoren durch Verbrennung genutzt.

Neben Methan aus anderen Quellen wird zu diesem Zweck Biogas (Biomethan) mit einem Methangehalt von etwa 50 bis 70 % aus Mist, Gülle, Klärschlamm oder organischem Abfall gewonnen. Früher wurde Methan durch Pyrolyse von Holz gewonnen, bei der Holzgas entsteht (Holzvergasung). Holzgas, das unter anderem Methan enthält, diente wegen des Erdölmangels im Zweiten Weltkrieg zum Betrieb von zivilen Automobilen. Die aufheizenden Holzvergaser wurden meist außen angebaut. Rohes Biogas aus Abwasserreinigungsanlagen wird heute oft direkt mit Verbrennungsmotoren in Strom umgewandelt.

Methan ist ein wichtiges Ausgangsprodukt für technische Synthesen von Wasserstoff, Methanol, Ethin, Blausäure, Schwefelkohlenstoff und Methylhalogeniden. Es dient als Ausgangspunkt für viele andere organische Verbindungen.

Das Problem bei Verwendung von Methan als Alternativer Kraftstoff in Motoren ist der Methanschlupf, ca. 2 % des Methans werden nicht verbrannt und treten als umweltschädliches Klimagas in die Atmosphäre. Methan ist daher Klimaschädlicher als Diesel.[51] Nur in manchen 2-Taktmotoren soll dieses Problem nicht auftreten.

Sonstige Bedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Explosionsgefahr[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diagramm zur Entflammbarkeit von Methan

Methan bildet bei einem Volumenanteil zwischen 4,4 und 16,5 Prozent in Luft explosive Gemische. Durch unbemerktes Ausströmen von Erdgas kommt es immer wieder zu folgenschweren Gasexplosionen. Auch die gefürchteten Grubengasexplosionen in Kohlebergwerken (Schlagwetter) sind auf Methan-Luft-Gemische zurückzuführen. Methan ist hoch entzündlich, der Flammpunkt liegt bei −188 °C, die Zündtemperatur bei 595 °C.[1] Methanbehälter sollen an gut belüfteten Orten aufbewahrt und von Zündquellen ferngehalten werden und es sollten Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung getroffen werden. Methan wird, um die Dichte zu erhöhen, unter hohem Druck in Gasflaschen bei 200 bar aufbewahrt. In Tankerschiffen wird Methan fast drucklos tiefkalt verflüssigt bei etwa −160 °C transportiert.

Treibhausgas[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Globale Methanquellen und -senken (2016), Global Carbon Project
Entwicklung der Methankonzentration am Vulkan Mauna Loa auf Hawaii

Methan ist ein hochwirksames Treibhausgas: Sein Treibhauspotenzial ist dabei, auf einen Zeitraum von 100 Jahren bezogen, 28-mal höher als das der gleichen Gewichtsmenge Kohlenstoffdioxid;[8] nach einer neueren Untersuchung beträgt dieser Faktor 33, wenn Wechselwirkungen mit atmosphärischen Aerosolen berücksichtigt werden.[52] Es trägt mit rund 20 % zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Dabei ist weit mehr Methan in der Erdatmosphäre als jemals während der letzten 650.000 Jahre;[53] die Methankonzentrationen stiegen zwischen 2000 und 2006 jährlich um etwa 0,5 ppb, seit 2006 mit einer mehr als zehnfach höheren Rate.[54] Währenddessen sind die Methan-Emissionen in Deutschland zwischen 1990 und 2009 halbiert worden.[55] Dieser rasante Anstieg könnte mit der Förderung von Schiefergas durch Hydraulic Fracturing (Fracking) zusammenhängen.[56] Man nimmt an, dass Methan vor etwa 252 Mio. Jahren als Treibhausgas das größte Massenaussterben des Phanerozoikums mit verursachte, der Anstieg seiner Konzentration in der Erdatmosphäre in der Moderne ist einer der Aspekte des Anthropozäns.

Die Freisetzung von Methan aus Permafrost und vom Meeresboden ist eine mögliche Folge und eine weitere Ursache für die globale Erwärmung.[57]

Durch nicht bemerkte Lecks in Raffinerien und beim Transport von Öl und Gas durch Pipelines werden erhebliche Mengen Methan emittiert; die Internationale Energieagentur (IEA) in Paris schätzt diese Menge Ende 2017 auf rund 75 Mio. Tonnen pro Jahr und damit 1,7 % der Gesamtfördermenge.[58]

In einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre wird Methan langsam oxidiert, insbesondere durch Hydroxyl-Radikale. Die durchschnittliche Lebenszeit in der Atmosphäre beträgt um die 12,4 Jahre.[59]

Eine im Februar 2020 erschienene Studie von Forschern der University of Rochester sieht starke Indizien dafür, dass rund zehnmal weniger Methan auf natürliche Weise aus geologischen Quellen austritt als bislang angenommen. Im Umkehrschluss hat die Förderung fossiler Energien (Öl, Gas und Kohle) einen deutlich höheren Anteil an den Methanemissionen.[60]

Biologische Bedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methan wird durch bestimmte Bakterien in Gewässern und Böden mit Sauerstoff (O2) zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert. Diese Umsetzung ist exergon und die Bakterien nutzen sie als Energiequelle, weshalb sie zu den methanotrophen Mikroorganismen zählen.

Toxikologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methan wird bei tiefen Temperaturen flüssig gelagert, weil die Dichte dadurch enorm erhöht werden kann. Aus diesem Grund kann es beim Austritt dieses gekühlten Methans leicht zu Erfrierungen kommen. Methan ist ungiftig, die Aufnahme von Methan kann zu erhöhter Atemfrequenz (Hyperventilation) und erhöhter Herzfrequenz führen, es kann kurzzeitig niedrigen Blutdruck, Taubheit in den Extremitäten, Schläfrigkeit, mentale Verworrenheit und Gedächtnisverlust auslösen, alles hervorgerufen durch Sauerstoffmangel. Methan führt aber nicht zu bleibenden Schäden. Wenn die Symptome auftreten, sollte das betroffene Areal verlassen und tief eingeatmet werden, falls daraufhin die Symptome nicht verschwinden, sollte die betroffene Person in ein Krankenhaus gebracht werden.

Nachweis[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Nachweis von Methan kann mittels Infrarotspektroskopie erfolgen. Für den Nachweis extraterrestrischer Vorkommen ist der infrarotspektroskopische Nachweis etabliert.[61] Methan kann auch mittels Gaschromatographie und mit Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung nachgewiesen und quantifiziert werden.[62] Im Bergbau wurden früher zur Warnung vor Schlagwettern verschiedene qualitative Nachweismethoden eingesetzt, etwa die Davy-Lampe mit Flammsieb, Kanarienvögel oder die Schlagwetterpfeife.[63]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bücher[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zeitschriftenartikel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Commons: Methan – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

"Klimakiller Methan: Die verkannte Gefahr", report München, 25. Juni 2019, Video, BR-Mediathek

Wiktionary: Methan – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. ↑ a b c d e f g h i Eintrag zu CAS-Nr. 74-82-8 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016 (JavaScript erforderlich)
  2. ↑ D. H. Ripin, D. A. Evans: pKa's of Inorganic and Oxo-Acids. (PDF) Abgerufen am 15. Juli 2014 (englisch).
  3. ↑ S. Budavari u. a.: The Merck Index, 12. Auflage. MERCK & CO., 1996, S. 1018
  4. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Permittivity (Dielectric Constant) of Gases, S. 6-188.
  5. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Index of Refraction of Gases, S. 10-254.
  6. ↑ Eintrag zu Methane im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
  7. ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 74-82-8 bzw. Methan), abgerufen am 15. September 2019.
  8. ↑ a b c G. Myhre u. a.: Anthropogenic and Natural Radiative Forcing. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge/ New York 2013, S. 731, (PDF)
  9. ↑ M. W. Chase, Jr.: NIST-JANAF Thermochemical Tables. (= Journal of physical and chemical reference data / Monograph. 9). 4. Auflage, 1998, ISBN 1-56396-831-2, S. 1–1951
  10. ↑ George A. Olah, Alain Goeppert, G. K. Surya Prakash: Beyond oil and gas: the methanol economy. Verlag Wiley-VCH, 2009, ISBN 978-3-527-32422-4 (Anm.: 2018 erschien die 3. (erweiterte und aktualisierte) Auflage; ISBN 978-3527338030).
  11. ↑ August Wilhelm von Hofmann: On the action of trichloride of phosphorus on the salts of the aromatic monoamines in Proceedings of the Royal Society of London, Band 15, S. 55–62; Fußnoten: S. 57–58(online)
  12. ↑ Thomas Shirley: The Description of a Well, and Earth in Lanchashire, Taking Fire by a Candle Approached to It in Philosophical Transactions of the Royal Society, Band 2, 1667, S. 482–484 (online)
  13. ↑ a b Giora Proskurowski, Martin D. Lilley, Jeffery S. Seewald, Gretchen L. Früh-Green, Eric J. Olson, John E. Lupton, Shean P. Sylva, Deborah S. Kelley: Abiogenic hydrocarbon production at Lost City Hydrothermal Field. In: Science, Band 319, 2008, S. 604–607
  14. ↑ William Martin: Alles hat einen Anfang, auch die Evolution: Hydrothermalquellen und der Ursprung des Lebens (PDF; 945 kB). In: Biologie Unserer Zeit. 3/2009(39), S. 166–173. doi:10.1002/biuz.200910391
  15. ↑ Bundeszentrale für politische Bildung: Methan in der Atmosphäre (CH4), abgerufen am 28. April 2019
  16. ↑ Umweltbundesamt: Atmosphärische Treibhausgas-Konzentrationen - Methan (Artikel vom 19. Februar 2019), abgerufen am 28. April 2019
  17. ↑ Robin McKie: Sharp rise in methane levels threatens world climate targets. In: The Observer. 17. Februar 2019, ISSN 0029-7712 (theguardian.com [abgerufen am 14. Juli 2019]).
  18. ↑ Greenhouse gas concentrations in atmosphere reach yet another high. In: WMO. 25. November 2019, abgerufen am 27. November 2019 (englisch).
  19. ↑ U. Deppenmeier, V. Müller: Life close to the thermodynamic limit: how methanogenic archaea conserve energy. In: Results Probl Cell Differ. Band 45, 2008, S. 123–152. PMID 17713742; doi:10.1007/400_2006_026
  20. ↑ David M. Karl, Lucas Beversdorf u. a.: Aerobic production of methane in the sea. In: Nature Geoscience, 1, 2008, S. 473–478, doi:10.1038/ngeo234
  21. ↑ Siddhesh S. Kamat, Howard J. Williams u. a.: The catalytic mechanism for aerobic formation of methane by bacteria. In: Nature, 497, 2013, S. 132–136, doi:10.1038/nature12061
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