Metano

Metano
Metano-CRC-MW-dimensões-2D.pngMethane-3D-space-fill.svg
Ch4-structure.png

Estrutura da molécula de metano.
Identificação
Nome IUPAC metano
Sinônimos

hidreto de metila

N o CAS 74-82-8
N o ECHA 100.000.739
N o EC 200-812-7
PubChem 297
SORRISOS C
PubChem , visualização 3D
InChI InChI: visualização 3D
InChI = 1 / CH4 / h1H4
Aparência gás comprimido ou liquefeito, incolor e inodoro
Propriedades quimicas
Fórmula C H 4   [Isômeros]
Massa molar 16,0425 ± 0,0011  g / mol
C 74,87%, H 25,13%,
Propriedades físicas
Fusão T ° -182,47  ° C
T ° fervendo -161,52  ° C
Solubilidade 22  mg · l -1 (água, 25  ° C )
Parâmetro de solubilidade δ 11,0  MPa 1/2 ( 25  ° C )
Massa volumica 422,62  kg · m -3 ( -161  ° C , líquido)
0,6709  kg · m -3 ( 15  ° C , 1  bar , gás)

equação:
Densidade do líquido em kmol m -3 e temperatura em Kelvin, de 90,69 a 190,56 K.
Valores calculados:

T (K) T (° C) ρ (kmolm -3 ) ρ (gcm -3 )
90,69 -182,46 28,18 0,45209
97,35 -175,8 27.61427 0,44302
100,68 -172,47 27,32509 0,43838
104,01 -169,14 27.03133 0,43366
107,34 -165,82 26,73272 0,42887
110,66 -162,49 26.42893 0,424
113,99 -159,16 26,11961 0,41904
117,32 -155,83 25,80437 0,41398
120,65 -152,5 25,48275 0,40882
123,98 -149,17 25.15427 0,40355
127,31 -145,84 24,81836 0,39816
130,64 -142,51 24.47437 0,39264
133,97 -139,18 24,12157 0,38698
137,3 -135,85 23,7591 0,38117
140,63 -132,53 23,38596 0,37518
T (K) T (° C) ρ (kmolm -3 ) ρ (gcm -3 )
143,95 -129,2 23.00098 0,369
147,28 -125,87 22,60275 0,36262
150,61 -122,54 22,18959 0,35599
153,94 -119,21 21,75941 0,34909
157,27 -115,88 21,30964 0,34187
160,6 -112,55 20.83698 0,33429
163,93 -109,22 20,33716 0,32627
167,26 -105,89 19,8044 0,31772
170,59 -102,56 19,23066 0,30852
173,92 -99,24 18,60413 0,29847
177,24 -95,91 17,90622 0,28727
180,57 -92,58 17,10471 0,27441
183,9 -89,25 16,13421 0,25884
187,23 -85,92 14,81501 0,23768
190,56 -82,59 10.082 0,16175

Gráfico P = f (T)

Temperatura de autoignição 537  ° C
Ponto de inflamação Gás inflamável
Limites explosivos no ar 4,4 - 17  % vol
Pressão de vapor de saturação 2  atm ( -152,3  ° C );

5  atm ( -138,3  ° C );
10  atm ( -124,8  ° C );
20  atm ( -108,5  ° C );
40  atm ( -86,3  ° C );
4,66 × 10 5  mmHg ( 25  ° C )

equação:
Pressão em pascal e temperatura em Kelvins, de 90,69 a 190,56 K.
Valores calculados:

T (K) T (° C) P (Pa)
90,69 -182,46 11 687
97,35 -175,8 25.858,57
100,68 -172,47 36.869,79
104,01 -169,14 51.305,2
107,34 -165,82 69 845,34
110,66 -162,49 93.224,29
113,99 -159,16 122.223,62
117,32 -155,83 157.666,48
120,65 -152,5 200 411,9
123,98 -149,17 251 349,8
127,31 -145,84 311.396,77
130,64 -142,51 381.492,82
133,97 -139,18 462.599,22
137,3 -135,85 555.697,28
140,63 -132,53 661 788,38
T (K) T (° C) P (Pa)
143,95 -129,2 781.894,84
147,28 -125,87 917.061,96
150,61 -122,54 1.068.360,85
153,94 -119,21 1.236.892,23
157,27 -115,88 1.423.790,95
160,6 -112,55 1.630.231,32
163,93 -109,22 1 857 433,13
167,26 -105,89 2.106.668,24
170,59 -102,56 2.379.267,93
173,92 -99,24 2.676.630,71
177,24 -95,91 3.000 230,84
180,57 -92,58 3 351 627,34
183,9 -89,25 3.732.473,71
187,23 -85,92 4.144.528,18
190,56 -82,59 4.589.700
P = f (T)
Ponto crítico 4.600  kPa , -82,6  ° C
Velocidade do som 1337  m · s -1 (líquido, -161,5  ° C )
450  m · s -1 (gás, 27  ° C , 1  atm )
Termoquímica
Δ f H 0 gás -74,87  kJ · mol -1
C p

equação:
Capacidade calorífica do gás em J · mol -1 · K -1 e temperatura em Kelvin, de 50 a 1.500 K.
Valores calculados:
36.337 J · mol -1 · K -1 a 25 ° C.

T
(K)
T
(° C)
C p
C p
50 -223,15 33.405 2.082
146 -127,15 32.739 2.041
195 -78,15 33 367 2.080
243 -30,15 34.502 2 151
291 17,85 36.071 2 248
340 66,85 38.044 2.371
388 114,85 40.272 2.510
436 162,85 42 726 2.663
485 211,85 45.406 2.830
533 259,85 48 146 3.001
581 307,85 50 953 3 176
630 356,85 53.840 3 356
678 404,85 56.652 3.531
726 452,85 59.413 3.703
775 501,85 62.151 3.874
T
(K)
T
(° C)
C p
C p
823 549,85 64 730 4.035
871 597,85 67 189 4 188
920 646,85 69.562 4 336
968 694,85 71.742 4.472
1.016 742,85 73.779 4.599
1.065 791,85 75.710 4 719
1.113 839,85 77.465 4.829
1.161 887,85 79.097 4.930
1 210 936,85 80 653 5.027
1.258 984,85 82.093 5.117
1.306 1.032,85 83.476 5.203
1.355 1.081,85 84.864 5.290
1.403 1.129,85 86 237 5 376
1.451 1.177,85 87 666 5 465
1.500 1 226,85 89 233 5 562
PCS 890,8  kJ · mol -1 ( 25  ° C , gás)
PCI 803,3  kJ · mol -1
Propriedades eletrônicas
1 re energia de ionização 12,61  ± 0,01  eV (gás)
Precauções
SGH
SGH02: InflamávelSGH04: Gases sob pressão
Perigo H220, H220  : Gás extremamente inflamável
WHMIS
A: Gás comprimidoB1: gás inflamável
A, B1, A  :
Temperatura crítica do gás comprimido = −82,62  ° C
B1  :
Limite inferior de inflamabilidade do gás inflamável = 5,0%

Divulgação a 1,0% de acordo com os critérios de classificação
Transporte
23
   1971   
Código Kemler:
23  : gás inflamável
Número ONU  :
1971  : GÁS NATURAL (rico em metano), COMPRIMIDO; ou METANO, COMPRIMIDO
Classe:
2.1
Código de classificação:
1F  : Gás comprimido, inflamável;
Etiqueta: 2.1  : Gases inflamáveis ​​(corresponde aos grupos designados por F maiúsculo);
Pictograma ADR 2.1


223
   1972   
Código Kemler:
223  : gás liquefeito refrigerado, inflamável
Número ONU  :
1972  : GÁS NATURAL (com alto teor de metano) LÍQUIDO REFRIGERADO; ou METANO LÍQUIDO REFRIGERADO
Classe:
2.1
Código de classificação:
3F  : Gás liquefeito refrigerado, inflamável;
Etiqueta: 2.1  : Gases inflamáveis ​​(corresponde aos grupos designados por F maiúsculo);
Pictograma ADR 2.1

Ecotoxicologia
LogP 1.09
Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário.

O metano é um composto químico de fórmula química CH 4, descoberto e isolado por Alessandro Volta entre 1776 e 1778. É o hidrocarboneto mais simples e o primeiro termo da família dos alcanos .

Bastante abundante no ambiente natural, o metano é um combustível com grande potencial. O gás em condições padrão de temperatura e pressão , pode ser transportado desta forma, geralmente por duto , ou liquefeito por GNL e raramente por caminhões.

Enormes quantidades de metano são enterradas na forma de gás natural . A maior parte do metano sedimentar aconteceu de forma anaeróbica por arquéias chamadas de metanógenos . Quantidades grandes, difíceis de calcular, também são produzidos pela reacção de água do mar em peridotitos de cumes oceano e presente no mar chão como hidratos de metano (estável a baixa temperatura e alta pressão). Os vulcões de lama , os combustíveis fósseis do aterro ( gás de aterro ), a digestão do gado (especialmente ruminantes ), campos de arroz, estuários poluídos ( metano de pântanos , gás do pântano ) e incêndios florestais também emitem muito metano.

O metano está naturalmente presente na atmosfera terrestre , mas os insumos antropogênicos mais do que dobraram sua concentração desde a revolução industrial . Atingiu 1.748  ppb em 1998. Após um período de estabilização (em torno de 1.774  ppb , de 1999 a 2006), o crescimento de sua concentração foi retomado em 2007 com novo recorde em 2016 (1.853  ppb , ou + 257% ao ano). comparado ao nível pré-industrial), então em 2018 (1.860  ppb ). Análises isotópicas sugerem que este recente aumento no metano atmosférico é principalmente de origem não fóssil.

O metano persiste por menos de dez anos na atmosfera, onde é destruído pelos radicais hidroxila OH • , mas é um gás de efeito estufa muito mais poderoso do que o CO 2, com um potencial de aquecimento global 28 vezes maior, responsável, no seu nível atual de concentração, por alguns por cento do efeito estufa total em ação em nossa atmosfera. Assim, a título de comparação, em um horizonte de 100 anos, liberar uma certa quantidade de metano na atmosfera tem um efeito sobre o aquecimento global cerca de nove vezes maior do que queimar essa mesma quantidade de metano em dióxido de carbono (CO 2)

História

Em 1776, Alessandro Volta descobriu o metano enquanto estudava o "  gás inflamável dos pântanos  " da Ilha de Partegora , que escapava dos pântanos perto de sua casa. Ele pega cápsulas do sedimento do Lago Maggiore e isola a fração inflamável, que ele acredita vir da putrefação das plantas.

Em 1910, Söhngen escreve que o metano é formado tão extensivamente na Holanda "que em vários lugares é usado para iluminar e aquecer fazendas e casas" .

É por causa do grisu (composto principalmente de metano), responsável até nossos dias por muitos desastres de mineração, que as lâmpadas de segurança são desenvolvidas nas minas de carvão , em particular a lâmpada Davy (1817).

O impacto do metano no clima é desconhecido, então suspeitado até 1976, quando é demonstrado que o metano é de fato um poderoso gás de efeito estufa .

As observações da exploração espacial mostraram a onipresença do metano no Universo .

Metano, paleoambiente e paleoclimas

No planeta Terra, como gás de efeito estufa, o metano sempre desempenhou um papel importante no ciclo do carbono , na química atmosférica e no clima global. Metano de origem abiótica, como CO 2, estava muito presente na atmosfera da Terra primitiva antes que a vida ali aparecesse e introduzisse o oxigênio (o que permitiu o surgimento da camada de ozônio). Após o surgimento da vida bacteriana, a maior parte do metano terrestre teve origem biológica (fóssil ou direta).

Ainda existem emissões geológicas naturais de metano fóssil , hoje principalmente ligadas ao vulcanismo (cerca de 52  teragramas / ano de metano emitido, ou cerca de 10% das emissões anuais).

O cálculo das emissões geológicas passadas e, mais ainda, a avaliação das fontes de metano de acordo com os tempos, estiveram associados a grandes incertezas, mas estão se tornando mais claras. Em 2017, Petrenko et al. quantificou em núcleos de gelo polar o radiocarbono contendo metano ( 14 CH 4), mostrando que o metano de origem geológica não ultrapassou durante o último período de aquecimento (fim da última glaciação ) 15,4  teragramas / ano (95% de confiança), em média durante o aquecimento repentino ocorrido que se manifesta entre os Dryas mais jovens e o Pré - boreal (cerca de 11.600 anos atrás). Como essas emissões "geológicas" não são, a priori, inferiores às de hoje, os autores concluíram com base nisso que as emissões atuais de metano geológico (aproximadamente 52  teragramas / ano ) estão superestimadas e, portanto, as estimativas atuais de emissões antrópicas de metano foram subestimado.

Este estudo também confirmou dados anteriores que mostram que o rápido aumento de cerca de 50% na fração molar de metano atmosférico durante o evento pré - boreal - Dryas foi em grande parte devido a fontes como pântanos e secundariamente. (Menos de 19%) aos antigos reservatórios de carbono, como como clatratos marinhos, permafrost e metano presos sob o gelo.

Superfície e porão

O metano é o principal constituinte do biogás produzido pela fermentação de matéria orgânica animal ou vegetal na ausência de oxigênio . É formado por arquéias metanogênicas que vivem em ambientes anaeróbicos , ou seja, sem oxigênio.

O metano é produzido naturalmente em pântanos pouco oxigenados, como pântanos e turfeiras , bem como em certos solos cultivados (principalmente tropicais), sem grandes diferenças entre sistema arado, semeadura direta ou trabalho de superfície e / ou muito alagado (mas nesses meios pode também ser organismos metanotróficos que consomem parte ou a totalidade). No entanto, os solos com semeadura direta absorvem em média 0,4 kg C-CH4 por hectare e por ano mais do que na lavoura.

O metano é, portanto, o único hidrocarboneto convencional que pode ser obtido rápida e facilmente graças a um processo biológico natural. Usamos principalmente gás natural e, portanto, metano fóssil, mas o uso de metano renovável ( biogás ) está crescendo (Suécia, Alemanha, Dinamarca, Vietnã, Camboja, China, Índia,  etc. ) (consulte a seção # Uso ).

As espécies de plantas também liberam metano. Embora o mecanismo ainda não esteja claro, as estimativas variam de 10 a 60 milhões de toneladas de metano emitidas por ano, contando apenas as folhas das plantas, a 60 a 240 milhões, o que representaria então de 10 a 30% das emissões anuais globais. Dois terços deles vêm dos trópicos. Essas emissões pela vegetação, somadas às dos pântanos e talvez às do fundo do mar, seriam um dos motores das mudanças climáticas históricas.

CH 4também é formada no rúmen e no trato digestivo de muitos animais (de certos invertebrados a mamíferos, principalmente herbívoros). Ele está presente em pequenas quantidades no gás intestinal humano.

Solo oceânico

O metano produzido pela reação de serpentinização entre os peridotitos e a água do mar nas cristas oceânicas pode ficar preso como hidratos de metano ( clatratos ) ou escapar para a atmosfera.

Grandes quantidades de metano são armazenadas na forma de hidratos de metano no fundo dos oceanos (onde sua exploração está prevista) e em permafrost . Esses dois reservatórios podem desempenhar um papel importante nos ciclos climáticos e, segundo observações de uma equipe de oceanógrafos em 2014, estão começando a perder uma quantidade cada vez maior de metano para a atmosfera.

A de- borbulhamento de metano a partir de sedimentos marinhos, sobre as linhas de fractura do fundo do mar , é considerado ser um índice de alta sísmica risco, mesmo como um possível precursor de tremores de terra (sujeito a confirmação seguinte em curso experiências., Na Mar de Mármara , na falha da Anatólia do Norte ao largo da Turquia).

Um documentário intitulado Méthane, rêve ou cauchemar sur Arte (2014 relata a descoberta de que o metano do fundo do oceano, a uma profundidade mínima de 400  m , é quase totalmente absorvido pelas bactérias antes de atingir uma elevação de 200  m ). O acidente da plataforma Deepwater Horizon , ocorrido no Golfo do México , liberou no fundo do oceano uma quantidade muito grande de metano, nenhum vestígio do qual permaneceu após seis meses, um tempo considerado muito curto devido à quantidade de metano que escapou do poço de extração danificado. O fato de o metano ter sido absorvido por microrganismos não significa que o incidente não tenha consequências para o meio ambiente, principalmente pela consequente acidificação do oceano.

Propriedades físico-químicas

Em condições normais de temperatura e pressão , o metano é um gás incolor e inodoro. Cerca de duas vezes mais leve que o ar, é explosivo em um ambiente confinado ( fogo ). Em um ambiente não confinado, ele se dilui no ar e escapa para a alta atmosfera, onde tem menos tendência a formar nuvens explosivas do que os gases mais pesados ​​que o ar (propano, butano); por outro lado, é um poderoso gás de efeito estufa .

Solubilidade do metano na água

Depende muito da temperatura e da pressão (diminui com uma e aumenta com a outra). Assim, o acampamento de mineração pode ser parcialmente solubilizado e transportado pela água (que então também contém radônio, bem como dióxido de carbono e dióxido de enxofre que o acidifica). Segundo a Ineris, a água a 10  ° C inicialmente saturada com gás de mina sob uma pressão de 10  bar (equivalente a 100  m de carga hidráulica), perderá durante sua expansão cerca de 0,5  m 3 de metano e 12  m 3 de CO 2por m 3 de água.

Desgaseificação espontânea

Os hidratos de metano submersos derretem, liberando cadeias de bolhas, mas sem variação abrupta. Da mesma forma, as microbolhas de metano produzidas pela bactéria no sedimento são liberadas pela formação de bolhas que sobem na coluna d'água, principalmente em turfas (onde o fenômeno é difícil de acompanhar) e lodos estuarinos, e mais ou menos rapidamente dependendo da matéria orgânica conteúdo e a porosidade / viscosidade do substrato. Esse borbulhar representa uma grande e provavelmente subestimada fração das emissões de metano e gases de efeito estufa em áreas úmidas . Câmaras de fluxo automatizadas de operação contínua foram combinadas com um espectroscópio para melhor quantificar essas bolhas e seu conteúdo de CH 4 ..

Por exemplo, em um ambiente de zona temperada pobre, em 2009, o borbulhamento variou de hora em hora, com um pico de liberação noturna (das 20h00 às 6h00, hora local), embora fluxos estáveis ​​(ou seja, aqueles com um aumento linear na concentração de CH 4no espaço superior da câmara) não apresentou variabilidade diária. As taxas de borbulhamento médias sazonais atingiram um pico de 843,5 ± 384,2 "eventos" por metro quadrado por dia no verão, com média de 0,19  mg de CH 4 rejeitado por "evento".

É também demonstrado que a flora dos pântanos (incluindo o sal) influencia a quantidade de metano libertado sazonalmente no ar ou na água (por exemplo, Carex rostrata . As datas e a importância das cheias ou secas também desempenham um papel.

Ignição e combustão

O metano é um combustível que constitui 90% do gás natural . O seu ponto de auto-ignição do ar é 540  ° C . A reação de combustão do metano é escrita:

CH 4+ 2 O 2CO 2+ 2 H 2 O   ( Δ H = −891  kJ / mol ).

A combustão do metano a 25  ° C libera uma energia de 39,77  MJ / m3 (55,53  MJ / kg ), ou 11,05  kWh / m 3 (15,42  kWh / kg ).

O gás natural (composto por mais de 90% de metano) é transportado por navios ( metano ) a uma temperatura de -162  ° C e a uma pressão próxima à pressão atmosférica . Os tanques são construídos com base no princípio da garrafa isotérmica e sua capacidade pode ir até 200.000  m 3 de gás líquido por tanque. Transportador de GNL composto por vários tanques, sua carga pode atingir atualmente 154.000  m 3 de GNL, Gás Natural Liquefeito . Os futuros transportadores de GNL serão capazes de transportar até 260.000  m 3 de GNL. O volume de metano no estado gasoso é igual a 600 vezes o seu volume no estado líquido , à pressão atmosférica.

Presente em todas as etapas da indústria do petróleo, mas pouco valorizado, é freqüentemente queimado em flare , o que contribui para o efeito estufa (as petroleiras, portanto, restringem esse processo).

No universo

Nas nuvens interestelares

O metano foi encontrado em vestígios de várias nuvens interestelares.

No titã

O metano está presente em toda parte em Titã , e até mesmo no estado líquido na forma de lagos, rios e mares, particularmente perto do pólo norte da estrela. Sua presença foi estabelecida em 1944. A tal ponto que o calor liberado pela sonda Huygens , durante o impacto do14 de janeiro de 2005 causou uma liberação notável de gás metano.

A atmosfera de Titã , o satélite de Saturno , é composta principalmente de nitrogênio, com uma proporção de metano variando de 1,4% na estratosfera a 4,9% no nível do solo. Não estava chovendo quando a sonda Huygens pousou em Titã, mas a ESA não exclui que as chuvas de metano sejam frequentes lá. Simplesmente, a aridez do solo absorveria rapidamente essa precipitação, à maneira dos desertos terrestres.

Em Marte

Um dos resultados mais surpreendentes da sonda espacial Mars Reconnaissance Orbiter , orbitando Marte desde o10 de março de 2006, vem do estudo detalhado em 2008 da região de Nili Fossae , identificada no início de 2009 como uma fonte de liberações significativas de metano. Este gás foi detectado já em 2003 na atmosfera de Marte , tanto por sondas como a Mars Express e da Terra  ; essas emissões de CH 4se concentraria, em particular, em três áreas específicas da região de Syrtis Major Planum . No entanto, o metano é instável na atmosfera marciana, estudos recentes sugerem que é seiscentas vezes menos estável do que inicialmente estimado (sua vida útil média foi estimada em 300 anos) porque a taxa de metano não tem tempo para se tornar uniforme na atmosfera e permanece concentrado em torno de suas zonas de emissão, o que corresponderia a uma vida de algumas centenas de dias; a fonte correspondente de metano também seria 600 vezes mais poderosa do que inicialmente estimado, emitindo esse gás cerca de sessenta dias por ano marciano, no final do verão no hemisfério norte.

Análises geológicas realizadas em 2008 pela sonda Mars Reconnaissance Orbiter na região de Nili Fossae revelaram a presença de argilas ferromagnesianas ( esmectitas ), olivina (silicato ferromagnésio (Mg, Fe) 2 SiO 4, detectado já em 2003) e magnesita (carbonato de magnésio MgCO 3), bem como serpentina . A presença simultânea desses minerais permite explicar de forma bastante simples a formação do metano, pois, na Terra , o metano CH 4formas na presença de carbonatos - como MgCO 3detectado na região 2008 - e água líquida durante o metamorfismo hidrotérmico do óxido de ferro (III) Fe 2 O 3ou olivina (Mg, Fe) 2 SiO 4na serpentina (Mg, Fe) 3 If 2 O 5 (OH) 4, particularmente quando o nível de magnésio na olivina não é muito alto e quando a pressão parcial de dióxido de carbono CO 2é insuficiente para levar à formação de talco Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2mas, ao contrário, leva à formação de serpentina e magnetita Fe 3 O 4, como na reação:

12 / x Mg 2-x Fe x SiO 4+ 2 + (8 (2-x) / x) H 2 S+ CO 2→ 4 (2-x) / x Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4+ (8x-4) x SiO 2+ 4 Fe 3 O 4+ CH 4.

A probabilidade desse tipo de reação na região de Nili Fossae é reforçada pela natureza vulcânica do Syrtis Major Planum e pela estreita correlação, observada desde 2004, entre o nível de umidade de uma região e a concentração de metano na atmosfera.

O metano detectado pelo Curiosity durante cerca de trinta análises atmosféricas está presente apenas em traços (0,4  ppb , em comparação com 1.800  ppb da Terra), mas sua flutuação sazonal (de 0,3 a 0,7  ppb ) é intrigante, porque é três vezes maior do que o que as teorias disponíveis prevêem. Possivelmente poderia ser uma indicação da presença de vida microbiana (atual ou fóssil) e / ou resultado de uma ou mais fontes abióticas: reação de água quente com olivinas (mencionada acima), ataque por UV solar de meteoróides e estelares poeira rica em carbono mineral (porque dois picos sazonais ocorreram cerca de 15 dias após uma chuva de meteoros marciana), dessorção de uma rocha cujos poros ou folhas se abrem no verão, quando é mais quente; ou talvez seja apenas um aumento relativo (seria o CO 2 congelar no inverno nos pólos diminuiria na atmosfera dando a impressão de que há mais metano nesta época, mas o fenômeno então deveria ser mais acentuado no meio do inverno marciano, a menos que as correntes de ar tragam no final do verão este metano para o local da Curiosidade) ... O debate está em andamento.

Nos planetas gigantes

O metano também é encontrado na forma de nuvens e névoa sobre Urano e Netuno , um gás não condensado nas atmosferas de Júpiter e Saturno  ; bem como possivelmente nos exoplanetas Epsilon Eridani c e Fomalhaut b .

usar

Os depósitos de gás natural fóssil contêm entre 50 e 60% de metano, o gás natural bruto é purificado antes de ser injetado na rede de distribuição.

A proporção de metano presente no gás natural que usamos é superior a 90% na maioria dos gases.

O metano "biológico" ou biogênico, ou biogás , que é produzido pela fermentação anaeróbia da matéria orgânica contém 50 a 80% de metano, (60-65% em geral)

O biogás produzido em aterros sanitários poderia ser (muito mais) recuperado e utilizado na forma de eletricidade , calor ou como combustível automotivo. No momento, apenas alguns experimentos isolados (em fazendas, centros de recepção de resíduos, etc.) surgiram, especialmente nas regiões mais frias (norte da Alemanha, França, Escandinávia,  etc. ), mas a economia de lucratividade dessas instalações está longe de ser certa. . (ver experiência em prisões de Ruanda ).

O metano pode ser usado como combustível, mas outros usos seriam possíveis. Por exemplo, os pesquisadores conseguiram transformar o metano quase à temperatura ambiente ( 40  ° C ) em um éster potencialmente valioso ( propanoato de etila ). Para fazer isso, um carbeno (um composto muito reativo) foi introduzido em uma ligação de metano por meio de um catalisador organometálico .

Biocombustível de terceira geração

Para produzir um metano de aterro sanitário razoavelmente puro e um bom biocombustível de terceira geração, um “digestor anaeróbico” inspirado na digestão anaeróbia em ação no rúmen do gado está sendo testado no Canadá . Microrganismos metanogênicos que vivem em simbiose com vacas sabem como produzir mais metano do que CO 2, mas eles têm necessidades específicas, principalmente em temperatura e umidade. A dificuldade é manter as condições ideais de vida desses organismos em um meio feito de dejetos, que é testado por meio de eletrodos que regulam a temperatura do meio. Estas são, então, fibras ocas constituídas por uma membrana permeável que deve separar o CO 2 metano, que pode então ser queimado como fonte de energia, usado pela química do carbono ou comprimido e armazenado.

Visando a transição para as energias renováveis , pesquisadores da empresa austríaca Solar Fuel Technology ( Salzburg ), em cooperação com o Instituto Fraunhofer de Pesquisa em Energia Eólica de Leipzig (IWES), o Centro de Pesquisa em energia solar e hidrogênio em Stuttgart (ZSW) ) e a Universidade de Linz desenvolveram uma solução para armazenar energia na forma de metano. O excesso de energia elétrica de origem eólica ou fotovoltaica é usado para quebrar a água em hidrogênio e oxigênio ( eletrólise da água ), então o hidrogênio é combinado com dióxido de carbono por meio de uma reação de metanação ( reação de Sabatier ).

Uma das principais vantagens deste processo é utilizar a infraestrutura existente (reservatórios e gasodutos), cuja capacidade de armazenamento seria suficiente para cobrir as necessidades de metano da Alemanha por vários meses, por exemplo, por um período em que a energia solar e eólica não pode atender. precisa.

Meio ambiente: contribuição para o efeito estufa

Um gás de efeito estufa

O metano é um gás de efeito estufa que contribui para o aquecimento global , considerado como tal pela Diretiva 2003/87 / CE . Ele absorve parte da radiação infravermelha emitida pela Terra, evitando assim que ela escape para o espaço.

Além disso, também contribui indiretamente para o efeito estufa , ao reduzir a capacidade da atmosfera de oxidar outros gases de efeito estufa (como os freons ). Seu uso como combustível emite CO 2até 380  Mt / ano ( emissões industriais torno de 6.000  Mt / ano ) .

A influência do metano no clima é menos importante que a do dióxido de carbono , mas ainda é preocupante. Uma das principais lições do Quinto Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima Change (IPCC) em 2014 é que a influência do metano tem sido subestimado, o seu potencial de aquecimento global (GWP)) a cem anos a partir de 21 sob o Kyoto protocolo , a 28 e até 34 levando em consideração feedbacks climáticos .

O metano persiste por menos de dez anos na atmosfera, onde é destruído pelos radicais hidroxila OH • , mas é um gás de efeito estufa muito mais poderoso do que o CO 2, responsável, no nível atual de sua concentração, por uma pequena porcentagem do efeito estufa total em ação em nossa atmosfera. Assim, a título de comparação, em um horizonte de 100 anos, liberar certa quantidade de metano na atmosfera tem um efeito no aquecimento global cerca de nove vezes maior do que queimar essa mesma quantidade de metano em CO 2..

O metano é o segundo gás responsável pela mudança climática ( forçante radiativa de 0,97  W / m 2 em 2011) atrás do CO 2(1,68  W / m 2 ), mas muito à frente de freons (0,18  W / m 2 ) e óxido nitroso (0,17  W / m 2 ). Uma molécula de metano absorve em média 28 vezes mais radiação do que uma molécula de dióxido de carbono em um período de 100 anos, então seu potencial de aquecimento global (GWP) é 28; após 20 anos, seu GWP chega a 67.

Um estudo publicado em dezembro de 2016 por mais de 80 cientistas de laboratórios de todo o mundo alerta contra a subestimação usual da contribuição do metano para o aquecimento global: o metano contribui com 20% para o aquecimento atual (contra 70% para o CO 2), porque, apesar de sua concentração muito menor, seu potencial de aquecimento global (GWP) é 28 vezes maior. Isso implica que, para cumprir o objetivo de permanecer abaixo de ° C, não podemos nos limitar a limitar as emissões de dióxido de carbono, mas devemos também reduzir as de metano.

Em 2019, a Agência de Observação Atmosférica e Oceânica dos Estados Unidos (NOAA) relata que as concentrações atmosféricas de metano atingiram um recorde em 2018.

Em julho de 2020, um estudo realizado por uma centena de pesquisadores reunidos no Global Carbon Project revelou um aumento contínuo nas emissões de metano desde 2007 (+ 9% ao ano), com uma forte aceleração desde 2014. Essas emissões atingiram 596  Mt em 2017, 60% do qual é devido às atividades humanas: agricultura e resíduos 227  Mt (38%), produção e uso de combustíveis fósseis 108  Mt (18%), biomassa e biocombustível 28  Mt (5%). 193  Mt (32%) vêm da Ásia, incluindo 56  Mt (9%) da China, 117  Mt (20%) da África e do Oriente Médio, 105  Mt da América do Sul e 93  Mt (16%) da América do Norte, para 44  Mt da Rússia e Ásia Central e 30  Mt da Europa. Os pesquisadores estimam que a agricultura e os resíduos contribuíram com 60% para o aumento das emissões globais, a exploração de petróleo e gás em mais de 20% e o carvão em mais de 10%. Eles defendem uma quantificação mais regular das emissões de metano, como o que é feito para o CO 2 Como o metano tem uma vida útil mais curta do que o dióxido de carbono na atmosfera, emissões mais baixas podem beneficiar o clima rapidamente.

Metano e ozônio

O metano interage com o ozônio de maneira diferente nas camadas superiores e inferiores da atmosfera .

De acordo com os modelos tridimensionais disponíveis na química da troposfera , reduzir as emissões antrópicas de CH 4poderia ser "uma alavanca poderosa para reduzir o aquecimento global e a poluição do ar pelo ozônio ao nível do solo" .

Variação histórica (desde o Império Romano)

As emissões de metano de pântanos, gado, incêndios florestais ou combustíveis fósseis têm uma assinatura isotópica específica. As bactérias metanogênicas em áreas úmidas absorvem mais isótopos de carbono mais leves ( 12 C), enquanto o metano fóssil é enriquecido com carbono mais pesado ( 13 C). O metano proveniente de arbustos ou incêndios florestais está no meio.

Hoje, também sabemos fazer uma análise minuciosa do metano preso no gelo, o que por exemplo permitiu em 2012 confirmar a hipótese levantada há alguns anos pelo climatologista William Ruddiman , que estimou que o impacto da humanidade nas datas climáticas antes do recente “  Antropoceno  ” e bem antes da revolução industrial . De acordo com o estudo isotópica do metano gelo da Antártida publicado na revista Nature em outubro de 2012, mudanças passadas nos níveis de metano e composição demonstrar que os incêndios provavelmente antropogênicas enriquecer desde o XVI th  século em níveis de metano menos atmosféricos. A análise detalhada de dois testemunhos de gelo do poço glacial NEEM1 (Groenlândia) cobrindo aproximadamente 2.000 anos foi realizada com uma precisão sem precedentes em termos de dosagem, análise e resolução temporal. Mostra ou confirma que entre um século AC. AD eo XIX th  século, o mundo já tinha experimentado três períodos de aumento dos níveis de metano (na escala de alguns séculos) e uma tendência de longo declínio do isotópica assinatura 13 C metano. De acordo com esses dados, os modelos de equilíbrio isotópico da atmosfera e os dados paleoclimáticos desse período (temperatura, precipitação) e, também, tendo em vista os dados demográficos humanos, os incêndios na vegetação ligados ao desmatamento, aquecimento, cozimento e metalurgia declinaram com o declínio do Império Romano e da dinastia Han (China), a aumentar novamente durante o grande desmatamento e expansão medieval. Os humanos parecem ser responsáveis ​​por 20 a 30% do total de emissões de metano de incêndios em vegetação entre um século AC. AD eo XVI th  século.

Mudanças recentes no conteúdo aéreo

O nível de metano na atmosfera terrestre atingiu 1.748  ppb em 1998. Após um período de estabilização (em torno de 1.774  ppb , de 1999 a 2006) o crescimento de sua concentração foi retomado em 2007 com um novo recorde em 2016 (1.853  ppb , ou seja, + 257% em relação ao nível pré-industrial) que em 2018 (1.860  ppb ). Análises isotópicas sugerem que este recente aumento no metano atmosférico é principalmente de origem não fóssil.

A taxa em 2018 está entre 1.850 e 1.900  ppb , ou 0,000 19  % ou 1,9  ppm . Foi mantido entre 1780 e 1810  ppb de 2000 a 2010 com uma grande variação dependendo da latitude. No passado, o nível de metano na atmosfera frequentemente variava com a temperatura . Essa taxa aumentou cerca de 150% desde 1750 e hoje é uma taxa sem igual na história, principalmente devido às atividades humanas. Um aumento nos níveis foi observado em 2008-2009. Modelos de computador do nível CH 4no ar tornaram possível rastrear a fonte de emissões dos últimos vinte anos de medições atmosféricas. De acordo com este trabalho, a redução de emissões e / ou um uso mais eficiente do gás natural no Hemisfério Norte (melhoria da vedação das tubulações de gás, recuperação de gás de aterro ou de aterro para produção de eletricidade,  etc. ) permitiu a redução das emissões na década de 1990, mas um aumento acentuado nas emissões de combustíveis fósseis no norte da Ásia foi observado novamente (2006 ...). O declínio das zonas húmidas, através da drenagem, entre outras, e, em menor medida, dos incêndios florestais, também explicam as variações medidas no CH 4 atmosférico por mais de vinte anos.

Acredita-se que o metano seja responsável por cerca de 20% do aquecimento médio registrado desde o início da revolução industrial.

Estima-se que, sem sua presença, a temperatura média da superfície da Terra seria 1,3  ° C mais baixa . O cálculo do GWP ( poder de aquecimento global ) do metano é reavaliado periodicamente pelo IPCC à luz de novos conhecimentos.

Este GWP tende a aumentar, há uma duplicação do forçamento radiativo adicional a ele atribuído entre 2007 e 2013, o que o aproxima do CO 2(passou de 0,48 para 0,97  W / m 2, todos os efeitos combinados e o GWP de CO 2é 1,68 W), cientistas mostrando que contribui mais do que se pensava anteriormente para o aquecimento global, com uma nova e crescente fonte nos Estados Unidos que são os vazamentos de metano da perfuração e instalações de gás em xisto ou camada de gás ou emissões de permafrost ,22 de janeiro de 2014 - de acordo com o último relatório do IPCC, publicado em 2013, o GWP relativo do metano é estimado em 28.

O aumento constante na concentração de metano na atmosfera também pode estar parcialmente ligado a uma diminuição no conteúdo do radical hidroxila atmosférico (o destruidor natural do metano no ar).

Meios de medição

Sua medição em laboratório é bem dominada, mas buscamos desenvolver meios de medição mais leves, rápidos, fáceis de usar e menos caros, para medir as baixas doses de metano emitidas discretamente em água doce, salgada, estuarina e aérea. , solos e sedimentos ou durante certos fenômenos (respiradouros marinhos, derretimento do permafrost, gêiseres, vazamentos de gás, incluindo gás de xisto , etc.)

Origem das emissões

Globalmente, as emissões de metano para a atmosfera são estimadas entre 500 e 900  Mt / ano , das quais cerca de 60% são de origem antropogênica .

As principais fontes são, em ordem decrescente de importância quantitativa, estimadas da seguinte forma:

Os pântanos , o manguezal tropical e o arroz estão sujeitos à ação de metanógenos archaeais meio anaeróbicos . A temperatura atua sobre as emissões, que atingem seu valor máximo entre 37  ° C e 48  ° C , portanto, uma amplificação das emissões em caso de aquecimento. Na presença de quantidade suficiente de oxigênio, a própria atividade das arquéias contribui para o aquecimento do material, mas com emissão de CO 2. A análise dos gases aprisionados há 10.000 anos no gelo polar e o estudo da razão isotópica carbono 13 / carbono 12 do carbono dessas moléculas de metano (δ 13 CH 4) mostrou uma duplicação dos níveis de CH 4 durante a última transição glacial-interglacial. Quase 50% dessa duplicação se deve às regiões de pântanos tropicais, reforçadas pelas emissões das turfeiras boreais favorecidas pela transição climática; Vários estudos científicos mostraram que as emissões de metano da exploração de gás de xisto são muito maiores do que as de campos de gás convencionais a ponto de a pegada de CO 2 equivalentede um poço de gás de xisto em 20 anos seria 20 a 50% maior do que se o carvão tivesse sido usado para produzir a mesma quantidade de energia. Mais recentemente, em 2018, a NASA revelou uma forte aceleração no crescimento da concentração de metano na atmosfera, nos últimos dez anos; os autores do estudo concluem que está amplamente ligado à atividade do setor de combustíveis fósseis Da mesma forma, o gás aprisionado nas camadas de carvão durante sua formação ( grisu ) é liberado durante a extração do minério. Em 2018, as grandes petrolíferas, através da OGCI ( Oil and Gas Climate Initiative ), nomeadamente composta pela Total, Saudi Aramco, BP, recentemente juntadas pelas americanas Chevron e ExxonMobil, estabeleceram-se pela primeira vez (até 2025) : "Reduzir a intensidade média coletiva de metano em um quinto" , ou seja, de 0,32% do metano vendido perdido em vazamentos em 2017 para 0,25% em 2015 (em relação ao volume total vendido), o que corresponde - de acordo com o OGCI - à redução a injeção coletiva de metano na atmosfera em 350.000  t / ano  ; Uma única vaca pode emitir de 100 a 500  litros de metano por dia (5% de flatulência e 95% de arrotos ligados à ruminação ), quantidade que varia muito dependendo da dieta do animal, com por exemplo uma média de 100  kg por vaca leiteira (VL) e por ano (variando de 63 a 102  kg ) segundo Dollé et al. (2006), ou 117,7  kg em média (de 90 a 163  kg ) segundo Vermorel et al. (2008), quando a produção de leite passa de 3.500 a 11.000  kg / ano . “Os concentrados ricos em amido (cevada, trigo, milho) têm um efeito depressivo maior na metanogênese do que os concentrados ricos em paredes digestíveis ( polpa de beterraba ). Martin et al. (2006) citam um estudo que mostra que em vacas leiteiras, a substituição da polpa de beterraba (70% da ração) pela cevada levou a uma redução de 34% nas perdas de energia na forma de metano. » Plantas mais ricas em tanino (incluindo leguminosas como sainfoin , trevo e sula ) reduzem a degradação das proteínas dietéticas, mas também a metanogênese ruminal. Remover a soja (amido) e substituí-la por sementes de linhaça extrusadas (8,4% na matéria seca ) melhora a qualidade nutricional do leite (+ 34% de ácidos graxos insaturados, + 120% ômega-3) ao mesmo tempo em que reduz a emissão de metano do rebanho (-10 para -20% de metano por dia e eficiência de nitrogênio melhorou em 16%) sem reduzir a produção de leite, mas com níveis mais baixos de gordura e proteína (de -8% e -3% respectivamente) no leite. Os excrementos (esterco estável) que continuam a se decompor com uma metanização mais ou menos anaeróbica dependendo do contexto também são uma fonte de metano. Entre as soluções estudadas: melhorar a alimentação animal , evitando o armazenamento de resíduos que só produzem metano na ausência de ar, ou melhor recuperar esse metano e recuperá-lo para energia. Amidos como a soja aumentam a quantidade de metano liberada pelo gado quando substituem o pasto na ração industrial. O fornecimento no rúmen de bactérias acetogênicas ou capazes de oxidar metano), ou o fornecimento de lipídios dietéticos ricos em ácidos graxos poliinsaturados na ração de ruminantes é um caminho promissor. Testes realizados em vacas leiteiras no centro do INRA em Clermont mostraram que a ingestão de 6% de lipídios da semente de linhaça reduziu a produção de metano dos animais em 27 a 37%. Pesquisadores da Nova Zelândia usaram com sucesso métodos de criação para reduzir os arrotos e peidos das ovelhas em 10%. O trabalho deles mostrou que essas rejeições estão parcialmente ligadas a traços hereditários. A reintrodução de fibras vegetais na alimentação de suínos diminui a volatilização da amônia e a produção de metano do efluente, sem perda de produtividade. A hidrologia subglacial precisa ser melhor compreendida; é menos sob uma grande parte do Ártico do que sob as geleiras alpinas ou em certos contextos paleoclimatológicos europeus, mas no Ártico parece ser um fator crucial no “controle” dos fluxos de metano.

Prospectivo

As variações futuras dessas emissões são incertas, mas o consumo de fontes fósseis, marinhas e agrícolas, resíduos, é previsto devido à demografia global , à industrialização em alguns países e à crescente demanda por energia, também. Do que ao aquecimento global.

A taxa atmosférica global de metano se estabilizou e começou a subir novamente (+ 3% aproximadamente de 2007 a 2015)) Além do aumento nas fontes já conhecidas, esse aumento também pode ser devido a uma queda na taxa atmosférica de hidroxila, uma molécula que "desempenha o papel de detergente atmosférico" , em particular em relação ao metano que degrada. O aumento das inundações tropicais e um efeito de aquecimento também podem ser os culpados. Como o derretimento do gelo do mar ártico, este é um novo sinal de ruptura ecológica e climática do sistema terrestre.

Nota: algumas arquéias metanotróficas (que consomem metano) são a fonte de sumidouros naturais de metano (por exemplo, em florestas antigas), mas seu papel no ecossistema e seus usos potenciais ainda são mal avaliados.

Poços de metano

Eles ainda são mal compreendidos, mas a contribuição do metano para certas cadeias alimentares e certos mecanismos de degradação do metano na água ou no ar poderiam ter sido subestimados.

Agora sabemos que:

Verificou-se que desde 1750, o nível de OH • diminuiu cerca de 20% devido ao aumento de CO e CH 4, e agora está estável. Em 2050, espera-se que esse nível diminua mais 25%, o que terá um impacto significativo sobre os níveis de oligoelementos gasosos. Os 10% restantes se devem à oxidação do metano em terra firme por arquéias metanotróficas que o utilizam como fonte de carbono, bem como por sua transferência para a estratosfera;

A evolução da concentração de metano no ar parece ter estagnado (2007); isso pode ser explicado por uma destruição acelerada das moléculas de ozônio O 3, catalisada por radicais NO • em maior quantidade.

Reduzir as emissões de metano

A redução das emissões de metano, em comparação com a de dióxido de carbono , pode se mostrar mais econômica e eficaz na mitigação das mudanças climáticas , dado seu alto potencial de aquecimento global e seu tempo de residência relativamente curto na atmosfera., Nove anos.

Diversos meios permitem reduzir as emissões de metano para diminuir sua ação sobre o efeito estufa  :

Estratégia europeia para redução das emissões de metano

Em 14 de outubro de 2020, a Comissão Europeia apresenta sua estratégia para reduzir as emissões de metano: criação de um observatório internacional para melhorar a medição e compartilhamento de informações, reforço da vigilância através da galáxia satélite Copernicus, diretiva prevista para 2021 para exigir que os fabricantes de combustíveis fósseis detectem melhor e reparar vazamentos de metano e proibir práticas sistemáticas de queima e desgaseificação , extensão do escopo da diretiva sobre emissões industriais a setores que emitem metano ainda não cobertos, solicitação aos Estados membros de um esforço para lidar com minas de carvão abandonadas, pressão sobre países parceiros comerciais para reduzir o impacto do metano da energia importada, incentivos para reduzir as emissões na agricultura por meio de inovação na alimentação animal e gestão pecuária, fortalecendo a coleta de resíduos e resíduos agrícolas não reciclados que pode ser usado para produzir biogás e biomateriais, melhorando a gestão do gás de aterro.

Pesquisadores do laboratório de eletroquímica molecular da Universidade de Paris Diderot mostraram que a conversão fotoquímica de CO 2no metano à temperatura ambiente e por um catalisador seletivo, abundante, não poluente, não tóxico e barato , associado à luz solar foi possível, o que abre novas perspectivas que, a longo prazo, podem ser esperadas para o chumbo para aplicações industriais. Isso poderia então - em princípio - reduzir os efeitos do consumo de combustível fóssil e ajudar a reduzir as emissões de CO 2 ..

Até o momento, as principais rotas exploradas para a eliminação físico-química de CO 2industriais eram principalmente eletroquímicos. Para serem “sustentáveis”, eles requerem uma produção renovável e limpa de eletricidade, mas abordagens fotoquímicas ativadas pela luz solar também são possíveis. Entre os fotocatalisadores e eletrocatalisadores moleculares inventariados, apenas alguns parecem ser estáveis ​​e seletivos para redução de CO 2 .. Mas a maioria desses catalisadores produz principalmente monóxido de carbono (CO, tóxico) ou ácido fórmico (HCOOH). Os catalisadores que podem, sob certas condições, gerar hidrocarbonetos com um rendimento baixo a moderado, parecem ainda mais raros.

Um complexo eletrocatalítico molecular já havia se mostrado o mais eficiente e seletivo para a conversão de CO 2.em CO; é a tetrafenilporfirina dos grupos trimetila funcionalizados com ferro . Foi demonstrado em 2017 que sob irradiação ultravioleta também pode catalisar a redução de CO 2em metano à temperatura e pressão ambiente. Usado em uma solução de acetonitrila contendo um fotossensibilizador e um doador de elétrons sacrificial, este catalisador funciona regularmente por alguns dias, produzindo principalmente CO (por fotorredução de CO 2), mas Heng Rao e seus colegas descobriram que a exposição ao CO 2a este produto, realizado em duas etapas, primeiro reduz o CO 2em CO, em seguida, para sintetizar metano (com uma seletividade de até 82% e um “  rendimento quântico  ” (eficiência de luz) de 0,18%).

Ainda estamos muito longe de um protótipo industrial, mas os autores acreditam que esse experimento poderia ser um prelúdio para outras descobertas de catalisadores moleculares que tornariam possível uma produção lenta, mas suave, de um combustível gasoso a partir do CO 2.e ultravioleta da luz solar .

Biossíntese de metano

O metano é considerado uma fonte de energia interessante e sustentável se não for de origem fóssil, mas renovável e sustentável em sua fabricação. Como a humanidade emite muito CO 2no ar, um sistema de conversão direta de CO 2em CH 4é ativamente procurado para proteger o clima e armazenar energia renovável. Procuram-se soluções sem um catalisador raro, caro ou tóxico.

Para isso, os pesquisadores podem se inspirar em organismos vivos ( biomiméticos ), pois por bilhões de anos o metano puro tem sido produzido de forma eficiente e abundante por algumas espécies microbianas chamadas de "  metanógenos  ", na água ou no sistema digestivo de outras organizações.

Uma chave parece ser a metil-coenzima M redutase , a enzima da biogênese do metano (que também permite o uso do metano como fonte de energia (por meio da oxidação anaeróbica)). Esta enzima possui um fator auxiliar denominado "coenzima F430" , um tetrapirrol modificado contendo níquel que promove a catálise por meio de um radical metil / intermediário Ni (II) -tiolato. Ainda não está claro como a coenzima F430 é sintetizada (a partir de um composto comum, o uroporfirinogênio III ), mas sua síntese é conhecida por envolver quelação , amidação , redução do anel macrocíclico, lactamização e formação do anel carbocíclico.

As proteínas que catalisam a biossíntese da coenzima F430 (de sirohidroclorina, denominada CfbA-CfbE) foram recentemente identificadas, permitindo considerar sistemas recombinantes baseados nesses grupos metaloprotéticos. Este melhor entendimento da biossíntese de uma coenzima de produção de metano por micróbios complementa as vias biossintéticas conhecidas para uma família de compostos importantes, incluindo clorofila , heme e vitamina B 12 . Na natureza, a maior parte do metano é produzida em meio aquoso, o que pode inspirar soluções técnicas submersas, mas a maioria das fontes massivas de CO 2 antropogênicos são gasosos.

Um primeiro método de conversão de CO 2em CH 4(controlado / catalisado pela luz e usando um heme , ou seja, uma porfirina contendo ferro) foi proposto em 2018 por dois pesquisadores alemães (Steinlechner e Junge) do Instituto Leibniz para Katalyse  (de) da Universidade de Rostock e outros pesquisadores estão trabalhando em metais úteis ou complexos organometálicos e em maneiras de impulsionar esse tipo de reação química.

Metano e biodiversidade

Provavelmente, o metano tem efeitos sobre a biodiversidade há muito tempo e vice-versa, em particular por meio do clima que pode modificar ou das comunidades microbianas que formam a microbiota intestinal dos animais.

Uma hipótese é que certos grupos de invertebrados ( metazoários cujo metabolismo e ciclo reprodutivo podem então aumentar) se beneficiaram no passado de fases de aquecimento marinho; a explosão cambriana ("Big Bang da evolução") poderia ter sido ligada a alternâncias bastante próximas de fases intensas do poço ( clatratos ) e emissões biônicas de metano, ligadas a mudanças tectônicas nas placas (migração para os pólos e depois para o equador). Essas migrações ( True Polar Wander  (en) ou TPW) teriam consequências tectônicas, biogeoquímicas e, portanto, climato-ecológicas, em particular por meio de mudanças na circulação termohalina oceânica, consequências intimamente ligadas entre si; o aspecto estocástico desses eventos teria dopado a radiação evolutiva dos metazoários no Cambriano . De acordo com Kirschvink e Raub em 2003, um "fusível de metano" poderia ter desencadeado essa explosão cambriana. Nota: no Cambriano o sol estava um pouco menor e mais frio do que hoje. Durante o último grande aquecimento ( máximo térmico da passagem Paleoceno-Eoceno ), há 56 milhões de anos, surgiram os ancestrais dos mamíferos, mas muitos outros grupos foram extintos.

Se hoje o metano está associado principalmente a ambientes anóxicos pobres em espécies, também existem algumas espécies metanotróficas que dependem dele. Por exemplo, recentemente identificamos:

Notas e referências

Notas

  1. O valor calorífico a 25  ° C é igual a PCI = 890,8 × 10 3  J / mol e o volume molar V = 22,4 × 10 −3  m 3 / mol, portanto, PCI / V = 39,77 × 10 6  J / m 3 . A massa molar é M = 16,042 5 × 10 −3  kg / mol, portanto, PCI / M = 55,53 × 10 6  J / kg .
  2. kWh = 3,6 x 10 6  J .
  3. Incluindo, na França, o CEA, o CNRS e a Universidade de Versalhes Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ).

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Veja também

Bibliografia

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