Khí Metan không phải là cái tên xa lạ với hầu hết mọi người, tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ về tính chất, đặc điểm cũng như ứng dụng và nguồn phát sinh ra loại khí này. Bài viết này cùng BIOGENCY tìm hiểu chi tiết hơn về khí Metan.
Khí Metan (CH4) là gì?
Metan (công thức hoá học là CH4), hay methane là một loại Hydrocarbon và là thành phần chính của khí thiên nhiên. Metan cũng là khí nhà kính (Greenhouse Gas-GHG), thậm chí nó là một trong những loại khí nhà kính có tác động mạnh nhất. Do đó, sự hiện diện của CH4 trong khí quyển ảnh hưởng đến nhiệt độ và hệ thống khí hậu của Trái đất.
Trong tự nhiên, Metan được tạo ra do quá trình phân hủy kỵ khí của vi khuẩn thực vật dưới nước (đôi khi được gọi là khí đầm lầy). Các nguồn khí Metan tự nhiên quan trọng khác bao gồm mối (do quá trình tiêu hóa), núi lửa, lỗ thông hơi dưới đáy đại dương và các trầm tích hydrat metan xuất hiện dọc theo rìa lục địa và bên dưới băng Nam Cực và lớp đất đóng băng vĩnh cửu Bắc Cực.
Ngày nay, khí Metan được thải ra từ nhiều nguồn nhân tạo (chủ yếu do con người tác động) và tự nhiên. Các nguồn phát thải nhân tạo bao gồm: bãi chôn lấp, hệ thống dầu khí tự nhiên, hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi, khai thác than, đốt cố định và di động, xử lý nước thải và một số quy trình công nghiệp,…
Đặc điểm, tính chất của Metan
Dưới đây là tính chất vật lý và hoá học của Metan:
– Tính chất vật lý của khí Metan CH4:
- CH4 là chất khí không màu, không mùi, không vị và có trọng lượng nhẹ hơn không khí.
- Metan có độc tính cao, dễ bắt lửa và gây cháy, khi cháy ngọn lửa có màu xanh.
- Khí hóa lỏng ở nhiệt độ -162 độ C và hóa rắn ở nhiệt độ -183 độ C.
- Điểm bốc cháy của khí Metan là 537 độ C.
- Metan có khối lượng riêng là 0.717kg/m3.
- Loại khí này không có khả năng hòa tan trong các dung môi phân cực bởi không có liên kết giữa các hidro, chỉ tan được trong dung môi không phân cực.
- Metan không có tính dẫn điện.
– Tính chất hoá học của khí Metan CH4:
- Phản ứng thay thế với một số halogen
Khí Metan phản ứng với một số halogen như clo, brom để cho ra dẫn xuất của halogen và hiđro halogenua. Cùng tham khảo một số phương trình hóa học của phản ứng sau:
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2→ CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
- Phản ứng với hơi nước tạo khí CO
Ở điều kiện nhiệt độ khoảng 1.000 độ C có chất xúc tác là Niken thì phản ứng của hơi nước với khí Metan xảy ra và sinh ra khí CO, phản ứng có phương trình hóa học như sau:
CH4 + H2O → CO + H2O
- Phản ứng cháy với oxy
Phản ứng cháy hoàn toàn có phương trình hóa học là:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q (Trong đó Q = -891 KJ/Mol ở nhiệt độ 25 độ C, áp suất 1 atm)
Phản ứng cháy không hoàn toàn có phương trình hóa học là:
CH4 + O2 → HCHO + H2O (xảy ra ở nhiệt độ 300 độ C, 200atm)
CH4 + ½ O2 → CO + 2H2 (xảy ra ở nhiệt độ 500 độ C có chất xúc tác là Ni)
CH4 + O2 → C + H2O (xảy khi khi đốt trong điều kiện thiếu không khí)
- Tham gia phản ứng phân hủy tạo axetilen
CH4 bị nhiệt phân bằng cách nung nóng nhanh cùng với 1 lượng nhỏ oxy ở nhiệt độ 1.500 độ C. Phương trình hóa học xảy ra là:
2CH4 → C2H2 + 3H2 (Q = 397 KJ/Mol)
Oxy được dùng để làm chất xúc tác đốt cháy 1 phần khí metan và cung cấp thêm nhiệt cho phản ứng phân hủy.
Ứng dụng của khí Metan
Metan thường được sử dụng làm nhiên liệu để sưởi ấm và nấu ăn (CH4 là thành phần chính của khí gas mà chúng ta sử dụng để đun nấu hằng ngày). Sử dụng khí gas khi đun nấu sẽ giúp giảm thiểu được lượng khí thải CO, CO2 ra bên ngoài không khí. Metan cũng được sử dụng để sản xuất hóa chất, chẳng hạn như nhựa và phân bón. CH4 là nguyên liệu chính để điều chế một số chất như bột than, hydro, methanol, axit axetic và anhydrite axetic. Ngoài ra, nó cũng có thể tạo ra điện.
Tận dụng khí Metan phát sinh từ quá trình chăn nuôi – giúp tiết kiệm chi phí điện năng
Quá trình tiêu hoá của gia súc, điển hình từ các loài nhai lại như bò, dê, cừu,… sản sinh ra một lượng khí Metan đáng kể được thải ra ngoài. Theo số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường tại Báo cáo kiểm kê khí Metan năm 2020, phát thải khí Metan lĩnh vực chăn nuôi là 20,3 triệu tấn, chiếm 18,3% tổng lượng phát thải khí Metan .
Tận dụng lượng khí Metan phát sinh từ chăn nuôi làm khí đốt là cách hiệu quả giúp giảm thiểu lượng khí nhà kính tác động tiêu cực đến môi trường, đồng thời giúp tiết kiệm chi phí năng lượng dùng trong sinh hoạt và sản xuất.
Theo đó phân, nước thải từ vật nuôi được thu gom thông qua hệ thống hầm Biogas, hoạt động như một bể ủ kỵ khí. Tại đây, vi sinh vật kỵ khí phân hủy chất hữu cơ thành các khí có giá trị như methane (chiếm 60%) và 30% là carbon dioxide, còn lại là các khí khác N2, H2S, O2, CO,…. Khí methane sau khi thu gom có thể được sử dụng làm năng lượng (khí đốt hay điện năng) cho các hoạt động của trang trại hoặc gia đình, vừa mang lại hiệu quả kinh tế, tiết kiệm chi phí điện năng vừa giảm tác hại đến môi trường.
Quá trình này thường kết hợp sử dụng men vi sinh để tăng hiệu suất sinh khí, đồng thời tăng lượng khí Biogas. Men vi sinh nổi bật đồng hành cùng các trang trại cũng như đơn vị xử lý chất thải hiện nay có thể kể đến là Microbe-Lift BIOGAS.
Sản phẩm giúp tạo khí nhanh, tăng khí Biogas từ 30 – 50%, giảm mùi hôi và bùn thải, giảm nồng độ BOD, COD, TSS chỉ trong 4 – 8 tuần sử dụng. Điều này vừa tiết kiệm thời gian, chi phí và nhân công nạo vét hầm vừa hỗ trợ đáng kể cho công đoạn xử lý nước thải sau đó.
Như vậy, trên đây là các thông tin cơ bản về khí Metan. Nếu quan tâm đến các phương án nhằm tăng hiệu quả sinh khí của hầm Biogas, vui lòng liên hệ BIOGENCY qua HOTLINE 0909 538 514 để được hỗ trợ nhanh nhất.
>>>Xem thêm: Thu gom khí Metan trong bể kỵ khí có làm giảm hiệu suất vận hành của bể?
