4.2 Methan – ein Gas mit vielen Namen B6 Verschiedene Brennstoffe. In der Praxis gibt man als Maß für den Energiegehalt von Brennstoffen den sogenannten spezifischen Heizwert an. Er ist der Quo tient aus der Verbrennungswärme und der Masse des umgesetzten Brennstoffs. (Massenbezogene Größen werden spezifische Größen genannt.) 71 Entstehung und Vorkommen von Methan Das farblose, geruchlose und ungiftige Gas Methan (B4) entsteht überall dort, wo sogenannte Methanbakterien (Anaerobier) abgestorbene Pflanzenreste unter Luftabschluss zersetzen (Methangärung). Die größten Methanquellen sind Sümpfe und Reisfelder (B1) sowie Rindermägen (B5), weil hier die Me thanbakterien die besten Lebensbedingungen finden: eine niedrige Sauerstoffkonzentration. Sobald größere Mengen an Sauerstoff vorhanden sind, finden sich andere Bakterien (Aerobier) als ihre Konkurrenten ein, die organische Stoffe in der Zellatmung zu Kohlenstoffdioxid umsetzen und dabei mehr Energie freisetzen. In Sümpfen und überschwemmten Reisfeldern halten sich die Methanbakterien im Schlamm auf. Dabei gilt: Je länger die Felder überflutet sind, desto geringer ist die Konzentration an Sauerstoff und desto intensiver ist die Bildung von Methan. Es ist daher Hauptbestandteil im Sumpfgas, das dem Schlamm mooriger Gewässer entweicht. Im Schlamm von Kläranlagen wird Methan als Klärund Faulgas gebildet. Durch gezielte bakterielle Fäulnis von Pflanzenresten wird es als Biogas gewonnen. In Steinkohlenbergwerken sammelt es sich in Klüften als Grubengas, und auch im Kokereigas ist Methan zu finden, da es sich bei der thermischen Zersetzung (Pyrolyse) von Steinkohle bildet. Vor allem aber und in gewaltigen Mengen kommt Methan im Erdgas vor. Molekülformel eines Methan-Moleküls Bei der Verbrennung von Methan bildet sich Wasser (LV1). Aus der Trübung von Kalkwasser (LV1) lässt sich auf die Entstehung von Kohlenstoffdioxid bei dieser Reaktion schließen. Andere Atomarten als Kohlenstoffund Wasserstoff-Atome können nicht nachgewiesen werden. Die Masse eines Methan-Moleküls beträgt 16 u. Davon entfallen 12 u auf ein Kohlenstoff-Atom, 4 u auf vier Wasserstoff-Atome: Methan ist damit der einfachste Kohlenwasserstoff. Und man formuliert allgemein: Verbindungen, deren Moleküle nur aus Kohlenstoffund WasserstoffAtomen bestehen, heißen Kohlenwasserstoffe. Reaktion von Methan mit Sauerstoff und ihre Verwendung Methan verbrennt stark exotherm zu Kohlenstoffdioxid und Wasser (LV1): CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l); Q = –801 kJ Mit Luft bildet Methan folglich explosive Gemische (LV2), weshalb es im Steinkohlenabbau durch dabei entweichendes Methan zu verheerenden Explosionen kommen kann („schlagende Wetter“). Aufgrund seiner hohen Verbrennungswärme wird Methan als Heizgas (B6) verwendet (vgl. Reaktionsgleichung). Methan ist ein vergleichsweise umweltfreundlicher Energieträger, weil bei der Verbrennung – im Ge gensatz zu der von Kohle oder Heizöl – kein Schwefeldioxid entsteht. Allerdings bilden sich umweltschädliche Stickstoffoxide. Die Molekülformel für ein Methan-Molekül lautet folglich CH4. B4 Eigenschaften von Methan B5 In einem Rindermagen entstehen täglich 150 Liter Methan. Schlüsselbegriffe Methan, Kohlenwasserstoffe Brennstoff spezifischer Heizwert in MJ/kg Eichenholz 18 Braunkohle 20 Steinkohle 30 Anthrazitkohle 35,6 Benzin 44 Methan 50 Wasserstoff 120 Methan • gasförmig • farbund geruchlos • wasserunlöslich • Schmelztemperatur: –183°C • Siedetemperatur: –162°C • Dichte: 0,67 g/cm3 (bei 20°C) • brennt mit nichtleuchtender Flamme • hochentzündlich • im Gemisch mit Sauerstoff sehr explosiv N u r zu P rü fz w e k e n E ig e n tu m d e s C .C . B u c h n e r V e rl a g s