fbpx
Wikipedia

Methan

Methan ist eine chemische Verbindung mit der Summenformel CH4 und der einfachste Vertreter aus der Stoffgruppe der Alkane. Unter Normalbedingungen ist es ein farb- und geruchloses, brennbares Gas. Methan ist in Wasser unlöslich und bildet mit Luft explosive Gemische. Es verbrennt mit bläulich-heller Flamme in Gegenwart von ausreichend Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.

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

farb- und geruchsloses Gas

Externe Identifikatoren/Datenbanken
Eigenschaften
Molare Masse 16,04 g·mol−1
Aggregatzustand

gasförmig

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

−182 °C

Siedepunkt

−162 °C

pKS-Wert

48

Löslichkeit
Dipolmoment

0

Brechungsindex

1,000444 (0 °C, 101,325 kPa)

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert

Gefahr

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

Schweiz: 10000 ml·m−3 oder 6700 mg·m−3

Treibhauspotential

28 (bezogen auf 100 Jahre)

Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−74,6 kJ/mol (gasförmig)

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

Es kommt in der Natur unter anderem als Hauptbestandteil von Erdgas vor. Da es in Lagerstätten in großen Mengen existiert, ist es eine attraktive Energiequelle. Der Transport erfolgt durch Pipelines oder als tiefgekühlte Flüssigkeit mittels Tankschiffen. Des Weiteren kommt es als Methanhydrat gebunden am Meeresboden und in Permafrostgebieten vor, wobei die genaue Menge unbekannt ist. Methan dient als Heizgas und ist in der chemischen Industrie als Ausgangsstoff für technische Synthesen wie etwa der Methanolherstellung oder der Herstellung von halogenierten Methanderivaten von großer Bedeutung. Es wird weiterhin zur Herstellung von Wasserstoff im großindustriellen Maßstab verwendet.

Das Gas entsteht in beträchtlichen Mengen durch biotische Prozesse, entweder anaerob durch Mikroorganismen oder aerob durch Phytoplankton, Pflanzen und Pilze. Anthropogene Quellen sind indirekt etwa der Reisanbau und die Schaf- und Rinderzucht. Abiotische Quellen wie Waldbrände oder Vulkanausbrüche setzen ebenfalls Methan frei.

Methan ist der meist vertretene Kohlenwasserstoff in der irdischen Atmosphäre, wobei die Konzentration sowohl zwischen der Nord- und Südhalbkugel als auch jahreszeitlich schwankt. Als Treibhausgas besitzt Methan ein hohes Treibhauspotential. Es trug zur klimageschichtlichen Erderwärmung bei und beeinflusst die aktuelle globale Erwärmung. In der Erdatmosphäre wird es zu Wasser, Formaldehyd und schließlich zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Methan ist Bestandteil der Atmosphäre anderer Planeten und Monde und wurde sowohl in Kometen als auch im interstellaren Medium nachgewiesen.

Inhaltsverzeichnis

Der Name Methan leitet sich von Méthylène her. Dies war der Name, den die französischen Chemiker Jean-Baptiste Dumas und Eugène-Melchior Péligot 1834 der Flüssigkeit, die heute als Methanol bezeichnet wird, gaben; er setzt sich seinerseits aus altgriechischμέθυ (méthy) für „Wein, berauschendes Getränk“ undὕλη (hýlē) für „Holz“ zusammen. Der deutsche Chemiker August Wilhelm von Hofmann schlug 1866 in einer englischen Veröffentlichung erstmals eine systematische Nomenklatur vor, wonach der Name für das Gas sich von Methylene ableitete und Methane genannt werden sollte. Daraus entstand die deutsche Form Methan. In alten Texten wurde Methan gelegentlich als Methylwasserstoff bezeichnet.

Altertum und Spätmittelalter

Ruine des Apollon-Tempels in Delphi

Methan speist als Bestandteil von austretendem Erdgas sogenannte „Ewige Feuer“. Diese wurden so genannt, da das Vorhandensein einer Flamme in historischen Aufzeichnungen über lange Zeiträume berichtet wurde. Diese Feuer treten oft in erdölführenden Gebieten mit tektonischen Verwerfungen auf, etwa in Chimaira (Lykien). Bereits seit 2000 v. Chr. sind diese Feuer bekannt. Bei dem ewigen Feuer in Baba Gurgur im Irak handelt es sich möglicherweise um den Feuerofen, der bereits in der Bibel im Buch Daniel beschrieben ist und in den König Nebukadnezar Daniels Begleiter Shadrach, Meshach, und Abednego warf, weil sie sich weigerten, eine goldene Statue anzubeten (Dan 3,23 ). Das Orakel von Delphi befand sich im Apollon-Tempel, der um etwa 1000 vor Christus über einer ewigen Flamme errichtet wurde. Möglicherweise erfolgten die Wahrsagungen der Pythia unter Einfluss der Inhalation von narkotisch wirkenden Gasen wie Methan, Ethan und Ethen, als Pneuma bezeichnet, die in Spuren in einer dort vorhandenen Quelle nachgewiesen wurden.

Methan als Bestandteil des Erdgases wurde bereits im 4. Jahrhundert vor Christus in China energetisch zum Eindampfen von Salzsole verwendet. Zum Teil traten aus den Bohrlöchern sowohl Methan als auch Sole aus, zum Teil wurde das Gas mittels Bambuspipelines von sogenannten trockenen Bohrlöchern aus zur Soleverarbeitung herangeführt. Die Natur des Gases war damals unbekannt, aber es war den Alchemisten im Mittelalter bekannt als Bestandteil von Fäulnisgasen, auch als „Sumpfluft“ bezeichnet. Das Auftreten von Schlagwettern, einem Gasgemisch aus Methan und Luft, war im Untertagebau schon früh als Gefahr bekannt, da eine Zündquelle eine Schlagwetterexplosion auslösen konnte.

17. bis 19. Jahrhundert

Alessandro Volta

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.

Volta-Pistole

Der Priester Carlo Giuseppe Campi wies im Herbst 1776 Alessandro Volta auf das Phänomen der „entflammbaren Luft“ hin, die an einer Biegung des Flusses Lambro aufstieg. Dieses Phänomen war bereits einige Jahre zuvor von Antoine Laurent de Lavoisier, Benjamin Franklin und Joseph Priestley untersucht und beschrieben worden. Volta versuchte in den Sümpfen des Lago Maggiore den Boden mit Hilfe eines Stocks umzurühren, wobei er Gasblasen aufsteigen sah. Er sammelte das Gas in Flaschen, welches er mittels eines von ihm entwickelten Eudiometers quantitativ untersuchte.

Volta entwickelte auch die sogenannte Volta-Pistole, ein Eudiometer, in dem eine Luft-Methan-Mischung gezündet werden konnte. Er schlug 1777 vor, die Volta-Pistole als eine Art Fernschreiber zu nutzen. Über eine Drahtleitung zwischen Mailand und Como sollte ein elektrischer Impuls ein Luft-Methan-Gemisch in Volta-Pistolen zur Explosion bringen, wobei eine Reihe solcher Entladungen einen alphanumerischen Code zur Informationsübertragung darstellen würde. Seine Untersuchungen beschrieb Volta in als Buch herausgegebenen Briefen an Carlo Campi.

Um 1800 begannen Versuche zur Verwendung von Stadtgas, einer Mischung aus Methan, Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff, für die Straßenbeleuchtung. William Henry untersuchte zu dieser Zeit die Eigenschaften von Mischungen brennbarer Gase, etwa ihre Löslichkiet in Flüssigkeiten in Abhängigkeit vom Partialdruck. Diese Arbeiten führten zur Formulierung des Henry-Gesetzes. Er bestimmte die relative Leuchtkraft von Gasen und die Unterschiede ihrer Zusammensetzung. Seine Ergebnisse bestätigten die Vermutung John Daltons über die Zusammensetzung von Methan und Ethen und, dass Kohlenstoff und Wasserstoff nur in bestimmten Verhältnissen miteinander verbunden sind.

Felling Mine im späten 19. Jahrhundert

Nach dem Grubenunglück von Felling (Tyne and Wear) im Jahr 1812, einem der größten Grubenunglücke der damaligen Zeit, stellte Humphry Davy fest, dass das gefürchtete Grubengas hauptsächlich aus Methan bestand. Der Verlust von 92 Menschenleben war eine der Triebfedern für die Entwicklung der Davy-Lampe mit Flammsieb.

Um 1821 fand William Hart, der als „Vater des Erdgases“ gilt, in Fredonia die erste Erdgasquelle in den Vereinigten Staaten. Das Gas wurde lokal für Beleuchtungszwecke genutzt. Hart gründete 1858 die erste US-amerikanische Erdgasgesellschaft, die Fredonia Gas Light Company.

20. Jahrhundert

Mit Beginn der Erdölförderung wurde Methan als Hauptbestandteil des gleichzeitig geförderten Erdgases meist am Bohrlochkopf abgefackelt. Eine der ersten großen Pipelines wurde im Jahr 1891 gebaut. Sie war 193 Kilometer lang und verband Erdgasbohrungen in Indiana mit Chicago. Zu Beginn des Ausbaus und intensiveren Nutzung der Erdgaspipelines in den 1930er Jahren wurde Methanhydrat in den Erdgaspipelines gefunden, das sich aus Methan und Wasser bildete und die Pipelines verstopfte. Erst nach dem Zweiten Weltkrieg erlaubten Fortschritte in der Pipelinetechnik den Ausbau einer Pipelineinfrastruktur und der Nutzung von Methan als Bestandteil der Erdgases zur industriellen Nutzung sowie zur privaten Nutzung zu Heiz- und Kochzwecken. Mit steigendem globalem Energiebedarf wurde Methan ein stetig wachsender Faktor der Weltprimärenergieproduktion. Zwischen 1980 und 1990 stieg der Anteil von etwa 18 auf etwa 22 %.

Irdisch

Atmosphärische Methanverteilung im August 2005, gemessen mit dem Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) an Bord des Aqua-Satelliten

Methan war neben Ammoniak und Wasserdampf ein Hauptbestandteil der irdischen Uratmosphäre. Es kommt vielfältig vor und wird auf der Erde ständig neu gebildet, etwa bei technischen, biologischen oder geologischen Prozessen wie der Serpentinisierung. 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 800.000 Jahren erreicht. Seit dem Ausfall des Envisat-Satelliten liefern der japanische Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT) sowie das Tropomi-Spektrometer des Sentinel-5P-Satelliten Daten der globalen Verteilung der Methankonzentration in der Atmosphäre. Im Jahr 2023 ist der Beginn einer weiteren Sentinel-Mission zur Beobachtung der Atmosphärenzusammensetzung geplant.

In der Atmosphäre reagiert Methan mit Sauerstoff zunächst zu Formaldehyd und gegebenenfalls zu Ozon. Durch weitere Oxidation entsteht schließlich Kohlenstoffdioxid.

C H 4 + 4 O 2 C H 2 O + 2 O 3 + H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+\ 4\ O_{2}\ \longrightarrow CH_{2}O\ +\ 2\ O_{3}+\ H_{2}O} }
C H 4 + O 2 C H 2 O + H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+\ O_{2}\ \longrightarrow CH_{2}O\ +\ H_{2}O} }
Übersicht über die anaerobe Verwertung von polymeren Substraten und Lipiden

Mikroorganismen bilden einen großen Teil des terrestrischen Methans. 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. Biogas enthält etwa 60 % Methan und etwa 35 % Kohlenstoffdioxid, neben geringeren Mengen Wasserstoff, Stickstoff und Schwefelwasserstoff.

Die Bildung erfolgt oberflächennah biotisch: einerseits anaerob im Zuge der Methanogenese vor allem aus Acetat, aber auch unter anderem aus Kohlenstoffdioxid, durch eine Gruppe von Archaeen, den Methanogenen. Sie nutzen einfache Verbindungen wie Kohlenstoffdioxid oder Methanol und reduzieren diese zu Methan, wobei sie – vor allem über die damit verbundene Oxidation von Reaktionspartnern – Energie gewinnen. Beispielsweise werden bei der Bildung von Methan und Wasser aus CO2 und Wasserstoff (H2) unter Standardbedingungen bei einem pH-Wert von sieben etwa 131 kJ/mol an Freier Enthalpie (Gibbs-Energie, ΔG0’) freigesetzt:

C O 2 + 4 H 2 C H 4 + 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {CO_{2}+4\ H_{2}\rightarrow CH_{4}+2\ H_{2}O} }

Ein kleiner Teil der biotischen Entstehung basiert auf der aeroben Spaltung von Methylphosphonaten.

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. Als Bestandteil des Erdgases schwankt seine Konzentration je nach Lagerstätte zwischen 35 und 98 %. Andere Erdgasbestandteile können höhere Kohlenwasserstoffe, besonders Ethan sein, sowie Kohlenstoffdioxid und Stickstoff. Das meist zusammen mit Erdöl auftretende „Naßgas“ enthält Kohlenwasserstoffe wie Pentan, Hexan, Heptan und noch höhere Kohlenwasserstoffe, während „trockenes“ Erdgas Methan als Hauptbestandteil enthält. Das in Steinkohlelagern eingeschlossene Grubengas enthält hauptsächlich Methan.

Es kann abiotisch thermal im Rahmen des Reifeprozesses von Kohle in der geochemische Phase der Inkohlung, sowie aus allen Typen von Kerogenen und Erdöl entstehen. 2008 wurde nachgewiesen, dass Methan aus den Lost-City-Hydrothermalquellen geochemischen Ursprungs ist.

Methan, das am Meeresgrund austritt, reagiert unter hohem Druck und niedriger Temperatur mit Wasser zu festem Methanhydrat, das auch als „Methaneis“ bezeichnet wird. Der Kohlenstoffgehalt der weltweiten Methanhydratvorkommen wurde Ende der 1980er Jahre etwa 11.000 Gigatonnen geschätzt, der Kohlenstoffgehalt der nachgewiesenen Erdgas, Kohle- und Ölreserven beträgt etwa 5000 Gigatonnen. Neuere Schätzungen gehen von wesentlich geringeren Vorkommen aus, wobei die Vorkommen auf etwa 1800 Gigatonnen Kohlenstoff geschätzt werden.

Außerirdisch

Methananteil in Planeten-Atmosphären
Planet Anteil
Erde 1,86 ppm
Mars 0,0105 ppm
Jupiter 2000 ppm
Saturn 4500 ± 2000 ppm
Uranus 20–40.000 ppm
Neptun 15.000 ± 5000 ppm

Die Atmosphären der Planeten Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und des Zwergplaneten Pluto enthalten ebenfalls Methan, ebenso die Atmosphären von Monden wie Titan oder Enceladus. Nach Wasserstoff und Helium ist Methan die dritthäufigste Komponente der Uranusatmosphäre. Durch dessen Absorptionsbanden im roten Bereich und im nahen Infrarot erscheint Uranus aquamarin oder cyanfarben. Die etwas helleren blauen Farbtöne des Saturns sind wahrscheinlich auf denselben Effekt zurückzuführen.

Außerhalb unseres Sonnensystems ist Methan als erstes organisches Molekül auf dem Exoplaneten HD 189733 b vom Typ Hot Jupiter nachgewiesen worden. Die Absorptionsspektren von kühlen Braunen Zwergen, die als Methan-T-Zwerge bezeichnet werden, werden von Methan und Wasser dominiert. Daneben gibt es heißere, sogenannte L-Zwerge, die ebenfalls Methanabsorptionsmerkmale aufweisen, die jedoch schwächer sind als die der T-Zwerge.

Mars

2009 wurde über Methaneruptionen auf dem Mars berichtet; 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 könnte. Das Methan könnte vulkanischen Ursprungs sein, wofür auf dem Mars noch keine Hinweise gefunden wurden.

Eine methanreiche Ur-Atmosphäre auf dem Mars und der dadurch verursachte Treibhauseffekt könnte eine Erklärung für das Paradoxon der schwachen jungen Sonne bieten. Die in der Frühzeit geringe Strahlungsleistung der jungen Sonne steht im Widerspruch zu einer Oberflächentemperatur auf dem Mars über dem Gefrierpunkt von Wasser, für die es Hinweise durch Spuren von fließenden und stehenden Gewässern in der Urgeschichte des Mars gibt.

Titan

Mercatorprojektion des Saturnmonds Titan, aufgenommen vom Huygens-Lander in 10 Kilometern Höhe. Im oberen, mittleren Bereich sind Strukturen zu sehen, die eventuell von Methanflüssen stammen (14. Januar 2005).

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 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.

Wahrscheinlich gibt es auf diesen Seen Eisberge aus Methan und Ethan. Diese schwimmen auf den Methanseen, 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. Für den Ontario Lacus, einen See nahe dem Südpol des Titan, wurde als Hauptbestandteil Ethan nachgewiesen.

Enceladus

Enceladus stößt Eruptionssäulen von salzhaltigem Wasser aus, das mit Ammoniak und Spuren von Methan und höheren Kohlenwasserstoffen versetzt ist. Dies wird als Resultat hydrothermaler Aktivität in einem Ozean aus flüssigen Wasser unter der Oberfläche des Mondes gedeutet. Dort könnten ähnliche chemischen Reaktionen ablaufen, die das Leben in der Nähe von Hydrothermalquellen in der Tiefsee auf der Erde ermöglichen. Molekularer Wasserstoff, der von methanogenen Mikroben verstoffwechselt werden kann, ist ebenfalls vorhanden. Daher wurden mehrere Missionen vorgeschlagen, um Enceladus weiter zu erforschen und seine Bewohnbarkeit zu beurteilen.

Gewinnung als Erdgas

Hauptartikel: Erdgas
Hochfackel auf der Ula-Plattform beim Verbrennen von Methan

Neben Methan kann Erdgas andere Gase wie Ethan, höhere Kohlenwasserstoffe, Sauergase wie Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxid sowie Inertgase wie Stickstoff, Helium und weitere Edelgase enthalten. Sogenannte „Trockene Erdgase“ enthalten etwa 75 bis 95 % Methan. Eine Abtrennung von anderen Kohlenwasserstoffkomponenten erfolgt meist nicht, Sauergase und Inertgase werden dagegen abgetrennt.

Im 19. Jahrhundert trat Methan als Bestandteil des Erdgases zunächst als unerwünschtes Nebenprodukt der Erdölförderung auf. Da es zu dieser Zeit keine genügenden Transport- und Speichermedien für die geförderten Mengen gab, wurde es meist einfach in Gasfackeln verbrannt. Diese Methode wird noch in der heutigen Zeit angewandt, falls es keine kommerziell einträglichen Alternativen gibt. Zum Teil wird das Gas wieder zurück in die Erde gepresst. Alternativ kann es durch Abkühlung verflüssigt werden und als Flüssigerdgas transportiert werden.

Gewinnung als Biogas

Hauptartikel: Biogas

Biogas ist ein Gasgemisch, das bei der mikrobiellen Zersetzung organischer Materie in Abwesenheit von Sauerstoff entsteht und zu etwa zwei Dritteln aus Methan und zu einem Drittel aus Kohlenstoffdioxid besteht. Biogas wird von Methanbildnern durch Methanogenese von landwirtschaftlichen und Grünabfällen, Abwässern, Lebensmittelabfällen sowie Abfällen aus der Viehzuchtindustrie gebildet und gilt als erneuerbare Energiequelle. Das in Biogasanlagen erzeugte Methan kann etwa als Brennstoff verwendet werden.

Gewinnung aus Methanhydrat

Hauptartikel: Methanhydrat

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.

Methanisierung

Die Methanisierung oder Sabatier-Prozess ist ein Prozess zur Erzeugung von synthetischem Erdgas. Dabei werden Kohle oder andere Kohlenstoff-haltige Materialien durch Kohlevergasung in Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid konvertiert, welche mit Wasserstoff katalytisch zu Methan umgesetzt werden. Diese Reaktion wurde im 19. Jahrhundert vom Franzosen und Nobelpreisträger Paul Sabatier entdeckt und nach ihm benannt.

C O + 3 H 2 C H 4 + H 2 O Δ H 0 = 206 , 2 k J / m o l {\displaystyle \mathrm {CO+3\;H_{2}\rightarrow CH_{4}+H_{2}O} \qquad \Delta H^{0}=-206{,}2\,\mathrm {kJ/mol} } .
C O 2 + 4 H 2 C H 4 + 2 H 2 O Δ H 0 = 165 , 0 k J / m o l {\displaystyle \mathrm {CO_{2}+4\;H_{2}\rightarrow CH_{4}+2\;H_{2}O} \qquad \Delta H^{0}=-165{,}0\,\mathrm {kJ/mol} } .

Die Reaktion wird nicht großtechnisch zur Herstellung von Methan eingesetzt, sie spielt jedoch eine Rolle beim Entfernen von Kohlenstoffmonoxid-Spuren, die in manchen Prozessen als Katalysatorgift wirken.

Laborsynthesen

Für die Herstellung aus Aluminiumcarbid gibt es zwei Methoden. Aluminiumcarbid kann dazu mit Wasser zu Aluminiumoxid und Methan umgesetzt werden, oder mit Chlorwasserstoff zu Aluminiumchlorid und Methan. Die Methoden werden meist nur im Labor eingesetzt.

A l 4 C 3 + 12 H 2 O 4 A l ( O H ) 3 + 3 C H 4 {\displaystyle \mathrm {Al_{4}C_{3}+12\,H_{2}O\longrightarrow 4\,Al(OH)_{3}+3\,CH_{4}} }
A l 4 C 3 + 12 H C l 4 A l 3 + + 12 C l + 3 C H 4 {\displaystyle \mathrm {Al_{4}C_{3}+12\,HCl\longrightarrow 4\,Al^{3+}+12\,Cl^{-}+3\,CH_{4}} }

Eine weitere Quelle für die Darstellung im Labormaßstab bietet die thermische Zersetzung von Natriumacetat.

C H 3 C O O N a + N a O H N a 2 C O 3 + C H 4 {\displaystyle \mathrm {CH_{3}-COONa+NaOH\longrightarrow Na_{2}CO_{3}+CH_{4}} }

Physikalische Eigenschaften

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. 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. 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, das heißt, die Methanmoleküle können frei rotieren. Deshalb handelt es sich um einen plastischen Kristall.

Molekulare Eigenschaften

Im Methan betragen die Bindungswinkel 109,5°.
Ausschnitt aus dem Infrarotspektrum von Methan. In den Absorptionsbanden um ca. 3000 cm−1 (links) finden sich die Übergänge der Pentade, in der um ca. 1300 cm−1 (rechts) jene der Dyade.

Das Methanmolekül besteht aus einem Kohlenstoffatom (C), an welches vier Wasserstoffatome (H) kovalent gebunden sind, was es zum einfachsten Vertreter der Alkane CnH2n+2 (mit n = 1) macht. Im Zentrum des Moleküls liegt das C-Atom, um das herum die H-Atome tetraedrisch im Abstand von 108,7 Picometer (pm) angeordnet sind. Die im Falle des Methanmoleküls optimal realisierte Tetraederstruktur mit einem zeitgemittelten H–C–H-Bindungswinkel von 109,5° ist für den Aufbau gesättigter Kohlenwasserstoffe grundlegend und steht daher meist am Beginn jeder Einführung in die Organische Chemie. Qualitativ lässt sich diese regelmäßige Anordnung der vier gleichen H-Atome um das zentrale C-Atom bereits im einfachen VSEPR-Bild verstehen, da auf diese Weise die H-Atome – und damit die entlang der C–H-Bindungsachsen erhöhten Elektronendichten – die größtmögliche Entfernung zueinander einnehmen, was Abstoßungseffekte minimiert. Die vier gleichlangen C–H-Bindungen lassen sich im Rahmen einer lokalisierten Valenzbindungstheorie mithilfe von Hybridorbitalen so beschreiben: Das C-Atom ist sp3-hybridisiert, die vier C–H-σ-Bindungen kommen durch paarweise Überlappung je eines der vier sp3-Hybridorbitale mit dem 1s-Orbital je eines H-Atoms zustande. Dieses Modell mit vier energetisch äquivalenten Orbitalen ist jedoch nicht in der Lage, das experimentell ermittelte Elektronenspektrum von Methan zu erklären und widerspricht auch theoretischen Berechnungen. Eine Beschreibung, die Theorie und Experiment in Einklang bringt, liefert die Molekülorbitaltheorie. So erhält man als Elektronenkonfiguration von Methan im Grundzustand (1a1)2(2a1)2(1t2)6, wobei das Molekülorbital 1a1 im Wesentlichen dem kernnahen 1s-Atomorbital des C-Atoms entspricht. Die beiden unterschiedlichen Energieniveaus für Valenzelektronen – das relativ energiearme 2a1-Orbital sowie das dreifach entartete t2-HOMO – entsprechen den gemessenen Ionisierungsenergien von 23 und 14 Elektronenvolt. Aufgrund der Tetraedersymmetrie lassen sie sich im Rahmen eines LCAO-Ansatzes mit symmetrieadaptierten Linearkombinationen der H-1s-Orbitale entwickeln. Durch Überlagerung aller so formulierten Molekülorbitale erhält man auch hier wieder vier äquivalente C–H-Bindungen wie aus dem Hybridorbitalmodell.

  • Dichteplots im Grundzustand besetzter Molekülorbitale von Methan auf dem CCSD(T)/cc-pVQZ-Niveau
  • 1a1

  • 2a1

  • 1t2

  • 1t2

  • 1t2

Die mittels Infrarot- und Raman-Spektroskopie gewonnenen Messergebnisse stimmen mit einer Tetraedersymmetrie überein. Es gibt vier Normalmoden für Molekülschwingungen bei etwa 2914, 1534, 3018 und 1306 cm−1, die mit ν1, ν2, ν3 und ν4 bezeichnet werden. Die Schwingungen ν2 (nur bei Wechselwirkungen mit anderen Molekülen, das heißt Symmetriestörung), ν3 und ν4 sind infrarotaktiv. Das messbare Schwingungsspektrum setzt sich aus Linearkombinationen dieser Normalmoden zusammen, die im Bereich bis 4800 cm−1 zu jeweils einer Dyade (zwei Kombinationen im Bereich 940–1850 cm−1), Pentade (fünf Kombinationen im Bereich 2150–3350 cm−1) und Octade (acht Kombinationen im Bereich 3550–4800 cm−1) gruppiert werden können, zuzüglich einiger Übergänge zwischen angeregten Zuständen unterschiedlicher Polyaden (sog. hot bands).

Chemische Eigenschaften

Im Vergleich zu anderen Alkanen weist die C-H-Bindung im Methan eine höhere Bindungsenergie auf. In Reaktionen mit radikalischer Abstraktion des Wasserstoffatoms ist Methan gewöhnlich das am wenigsten reaktive Alkan. Das Methylkation (CH3+) ist das instabilste Carbeniumion. Daher ist Methan in Reaktionen unter Hydrid-Abstraktion ebenfalls wenig reaktiv. In Elektronentransferreaktionen reagiert Methan aufgrund seines hohen Ionisierungspotentials meist träge. Mit Eisen-, Kupfer- oder Aluminiumatomen reagiert photochemisch angeregtes Methan in einer Methanmatrix bei tiefen Temperaturen unter Insertion des Metalls in die H–C-Bindung unter Bildung eines Metallkomplexes wie etwa H–Fe–CH3.

Methan ist stabil gegenüber herkömmlichen Säuren und Laugen. Mit Supersäuren wie Hexafluorantimonsäure lässt sich Methan zum Methaniumion (CH5+) protonieren. Der Name Methanium wurde in Analogie zum Ammoniumion gewählt. Mit Oxidationsmitteln wie Kaliumpermanganat oder Kaliumdichromat lässt es sich nicht oxidieren. Mit Oxidationsmitteln wie Peroxodisulfaten oder Cer(IV)-Salzen bildet Methan in Schwefelsäure einen Monomethylester (CH3-OSO3H).

Methan ist brennbar und verbrennt an der Luft mit bläulicher, nicht rußender Flamme. Aus der Reaktion eines Methanmoleküls mit zwei Sauerstoffmolekülen entstehen zwei Wasser- und ein Kohlenstoffdioxidmolekül. Es kann explosionsartig mit Sauerstoff oder Chlor reagieren, wozu eine Initialzündung (Zufuhr von Aktivierungsenergie) oder Katalyse erforderlich ist.

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.

C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2 O Δ H 0 = 802 , 4 k J m o l 1 {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+2\,O_{2}\rightarrow CO_{2}+2\,H_{2}O} \qquad \Delta H^{0}=-802{,}4\;\mathrm {kJ\cdot mol^{-1}} }

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

2 C H 4 + 3 O 2 2 C O + 4 H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\,CH_{4}+3\,O_{2}\rightarrow 2\,CO+4\,H_{2}O} }
C H 4 + O 2 C + 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+O_{2}\rightarrow C+2\,H_{2}O} }

Mit Chlor und Brom geht Methan unter Lichteinfluss Substitutionsreaktion ein, wobei die Wasserstoffatome durch Halogenatome ersetzt werden. Bei einer solchen Reaktion kommt es oft zu Mehrfachsubstitutionen, da das zunächst gebildete monohalogenierte Produkt tendenziell schwächere H-C-Bindungen aufweist als Methan selbst und daher selektiv weiter oxidiert wird. Iodverbindungen lassen sich durch Halogenaustausch herstellen.

Mit Dampf bildet sich bei hohen Temperaturen und unter Katalyse Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid. Diese sogenannte Dampfreformierung ist der technische Prozess, mit dem technisch Wasserstoff und Synthesegas hergestellt werden.

Bei Temperaturen von etwa 2000 °C bildet sich bei schneller Abkühlung Ethin. Ohne Abkühlung zerfällt Methan ab etwa 1100 °C in die Elemente. Bei einer Temperatur von etwa 1200 °C reagiert Methan mit Ammoniak zu Cyanwasserstoff und Wasserstoff.

Erdgasverbrauch der Vereinigten Staaten von 1949 bis 2020

Methan wird vorwiegend als Heizgas zur Wärmeerzeugung und zum Betrieb von Motoren durch Verbrennung genutzt. Die Verwendung von Methan als Bestandteil von Erdgas stieg von 1950 bis 2020 etwa um den Faktor 5. Neben Methan aus Erdgas 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.

Verwendung als Brenn- und Kraftstoff

Durch das hohe Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff im Methan wird bei der Verbrennung eine größere Menge an Energie pro freigesetztem Kohlenstoffdioxidmolekül geliefert als von flüssigen Kohlenwasserstoffen auf Basis von Erdöl, deren ungefähres Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff etwa zwei beträgt oder von Kohle mit einem ungefähren Wasserstoff zu Kohlenstoffverhältnis von eins. Durch das hohe molare Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff von 4 : 1 im Methan wird bei der Verbrennung von Methan eine größere Menge an Energie pro freigesetztem Kohlenstoffdioxidmolekül geliefert als bei allen anderen kohlenstoffhaltigen Energieträgern.

C + O 2 C O 2 Δ H S = 393 , 5 k J m o l 1 {\displaystyle \mathrm {C+O_{2}\rightarrow CO_{2}} \qquad \Delta H_{S}=393{,}5\;\mathrm {kJ\cdot mol^{-1}} }
C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2 O Δ H S = 890 , 4 k J m o l 1 {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+2\,O_{2}\rightarrow CO_{2}+2\,H_{2}O} \qquad \Delta H_{S}=890{,}4\;\mathrm {kJ\cdot mol^{-1}} }

Bei Verwendung von Methan als alternativem Kraftstoff in Motoren werden etwa 2 % des Methans nicht verbrannt und müssen durch einen Fahrzeugkatalysator umgesetzt werden. Vor der Einführung einer Abgasnachbehandlung und schwefelfreien Kraftstoffs hatten methanbasierte Kraftstoffe ein geringeres Versauerungs- und Eutrophierungspotential sowie geringere Effekte auf die menschliche Gesundheit als die Verbrennung von Dieselkraftstoff. Dies war auf die geringeren Stickoxidemissionen bei der Verbrennung zurückzuführen. In Fahrzeugen nach der aktuellen Abgasnorm sind die Emissionen nach der Abgasnachbehandlung unabhängig vom Kraftstoff auf ähnlichem Niveau.

Verwendung als Chemierohstoff

Methan dient als wichtiges Ausgangsprodukt für die technische Synthese von Ethin, Cyanwasserstoff, Schwefelkohlenstoff, Halogenalkane und vielen anderen organischen Verbindungen. Methan ist ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Wasserstoff sowie Kohlenstoffmonoxid. Die Folgechemie von Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Gemischen ist vielfältig. Sie werden unter anderem zur Herstellung von Methanol oder in der Fischer-Tropsch-Synthese für die Herstellung von Alkanen genutzt.

Dampfreformierung und partielle Oxidation

Hauptartikel: Dampfreformierung
Dampfreformierung mit partieller Oxidation, CO-Konvertierung und Kohlenstoffdioxidabsorption
Primärreformer Sauerstoffeinspeisung
Sekundärreformer CO-Konvertierung
Waschturm
Folgeprodukte der Dampfreformierung von Methan (Auswahl).

Die Dampfreformierung, die partielle Oxidation und die Wassergas-Shift-Reaktion sind großtechnische durchgeführte Reaktionen. Das zunächst entstehende Produkt der Dampfreformierung ist ein als Synthesegas bezeichnetes Gasgemisch, das unter anderem für die Produktion von Methanol verwendet wird.

C H 4 + H 2 O C O + 3 H 2 Δ H = + 206 , 2 k J / m o l {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+H_{2}O\rightarrow CO+3\,H_{2}} \qquad \,\Delta H=+206{,}2\,\mathrm {kJ/mol} }

Die partielle Oxidation von Methan wird ebenfalls als katalytisches Verfahren durchgeführt. Dabei reagiert Methan mit Sauerstoff in einer exothermen Reaktion zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Der Energiebedarf der partiellen Oxidation ist daher geringer ist als bei der Dampfreformierung, erfordert jedoch den Einsatz von reinem Sauerstoff als Reaktand. Weiterhin besteht die Gefahr einer Explosion bei instabilen Prozessbedingungen.

2 C H 4 + O 2 2 C O + 4 H 2 {\displaystyle \mathrm {2\ CH_{4}+O_{2}\rightarrow 2\ CO+4\,H_{2}} }

Eine Kombination beider Prozesse, bei der die partielle Oxidation den Energiebedarf der Dampfreformierung deckt, wird Autothermale Reformierung genannt.

Ist Wasserstoff das Zielprodukt, wird das entstandene Kohlenstoffmonoxid mit weiterem Wasser in einem sogenannten Sekundärreformer einer Wassergas-Shift-Reaktion zu Kohlenstoffdioxid und weiterem Wasserstoff umgesetzt. Als Katalysatoren dienen Eisen(III)-oxid-Kontakte.

C O + H 2 O C O 2 + H 2 Δ H R 298 0 = 41 , 2 k J / m o l {\displaystyle \mathrm {CO+H_{2}O\rightleftharpoons CO_{2}+H_{2}} \qquad \Delta H_{R\ 298}^{0}=-41{,}2\ \mathrm {kJ/mol} }

Der im Jahr 2010 hergestellte Wasserstoff wurde zu 98 % durch Dampfreformierung hergestellt. Die Folgeprodukte der Dampfreformierung und der partiellen Oxidation sind vielfältig. Je nach Kohlenstoffmonoxid zu Wasserstoffverhältnis wird das Synthesegas zur Methanolherstellung oder zur Hydroformylierung von Olefinen eingesetzt. Reiner Wasserstoff wird zur Produktion von Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren oder für Hydrierungen eingesetzt.

Thermokatalytische Zersetzung

Bei den genannten drei Verfahren fällt entweder Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid als weiteres Produkt an. Eine Kohlenstoffdioxid-freie Route zu Wasserstoff besteht in der thermischen oder thermokatalytischen Zersetzung von Methan in Kohlenstoff und Wasserstoff. Die Herstellung von Wasserstoff aus Methan unter Abtrennung von Kohlenstoff bietet einen Weg, Energie aus Wasserstoff durch Verbrennung oder in Brennstoffzellen ebenfalls ohne Kohlenstoffdioxid zu erzeugen.

C H 4 C + 2 H 2 + 75 , 6 k J / m o l {\displaystyle \mathrm {CH_{4}\longrightarrow C+2\ H_{2}} \ +75,6\ \mathrm {kJ/mol} }

Als Katalysator dient Nickel, der entweder als Netz oder als Nickelsalz auf verschiedenen Trägern eingesetzt werden kann. Gegenüber dem rein thermischen Zerfall, der bei etwa 1200 °C stattfindet, liegt das Temperaturniveau der thermokatalytischen Zersetzung bei etwa 500 bis 600 °C.

Herstellung von Ethin

Für die Herstellung von Ethin aus Methan sind verschiedene Prozesse entwickelt worden, etwa die autotherme Verbrennung im Sachsse-Bartholomé-Verfahren. Die Herstellung von Ethin gelingt weiterhin durch die thermische Spaltung von Methan im Lichtbogen bei Temperaturen von 2000 bis 3000 °C gemäß folgender Gleichung:

2 C H 4 C 2 H 2 + 3 H 2 Δ H 0 = + 398 k J m o l 1 {\displaystyle \mathrm {2\,CH_{4}\rightarrow C_{2}H_{2}+3\,H_{2}} \qquad \Delta H^{0}=+398\;\mathrm {kJ\cdot mol^{-1}} }

Als Nebenprodukt fällt Ruß an. Die oxidative Kopplung von Methan zu Ethin durch die Reaktion mit Sauerstoff ist ebenfalls möglich, die Selektivität zu Ethin ist mit 20 % eher gering.

Herstellung von Kohlenstoffdisulfid

Methan geht außer mit Sauerstoff noch vielfältige weitere Reaktionen ein, etwa mit Schwefel. Die Reaktion zu Kohlenstoffdisulfid läuft bei einer Temperatur von etwa 600 °C in Gegenwart von Kieselgel- oder Aluminiumoxidkatalysatoren ab:

C H 4 + 4 S C S 2 + 2 H 2 S {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+4\,S\rightarrow CS_{2}+2\,H_{2}S} }

Kohlenstoffdisulfid wird im großen Umfang zur Produktion von Kunstseide verwendet.

Herstellung von Cyanwasserstoff

Hauptartikel: BMA-Verfahren und Andrussow-Verfahren

Beim Andrussow-Verfahren reagiert Methan mit Ammoniak in Gegenwart von Sauerstoff zu Cyanwasserstoff und Wasser.

2 C H 4 + 2 N H 3 + 3 O 2 2 H C N + 6 H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\,CH_{4}+2\,NH_{3}+3\,O_{2}\rightarrow 2\,HCN+6\,H_{2}O} }

Beim BMA-Verfahren der Degussa reagiert Methan mit Ammoniak in Gegenwart eines Platin-Katalysators bei Temperaturen von etwa 1200 °C direkt zu Cyanwasserstoff.

C H 4 + N H 3 H C N + 3 H 2 {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+NH_{3}\rightarrow HCN+3\,H_{2}} }

Cyanwasserstoff wird zur Herstellung von Adiponitril, einem Zwischenprodukt für die Herstellung von Nylon 6,6, durch Hydrocyanierung verwendet, der katalytischen Addition von Cyanwasserstoff an 1,3-Butadien. Die Herstellung von Acetoncyanhydrin erfolgt durch die katalytische Addition von Cyanwasserstoff an Aceton. Weiterhin werden die α-Aminosäure DL-Methionin, die Verwendung in der Futtermittel-Supplementierung findet, sowie der Heterocyclus Cyanurchlorid aus Cyanwasserstoff hergestellt.

Herstellung von Halogenmethanen

Hauptartikel: Photochlorierung
Photochemischer Laborreaktor

Die Chlorierung von Methan kann katalytisch, thermisch oder photochemisch erfolgen. Bei der Chlorierung nach allen drei Prozessen entstehen neben Chlormethan auch die höhere chlorierten Produkte Dichlormethan, Chloroform und Tetrachlormethan. Die höher substituierten Produkte entstehen bereits zu Beginn der Reaktion, wenn noch genügend unreagiertes Methan vorliegt. Die Reaktion ist stark exotherm mit etwa 100 Kilojoule pro Substitutionsreaktion:

C H 4 + C l 2 C H 3 C l + H C l {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+Cl_{2}\longrightarrow CH_{3}Cl+HCl} } mit ΔRH = −103,5 kJ·mol−1
C H 3 C l + C l 2 C H 2 C l 2 + H C l {\displaystyle \mathrm {CH_{3}Cl+Cl_{2}\longrightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl} } mit ΔRH = −102,5 kJ·mol−1
C H 2 C l 2 + C l 2 C H C l 3 + H C l {\displaystyle \mathrm {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\longrightarrow CHCl_{3}+HCl} } mit ΔRH = −99,2 kJ·mol−1
C H C l 3 + C l 2 C C l 4 + H C l {\displaystyle \mathrm {CHCl_{3}+Cl_{2}\longrightarrow CCl_{4}+HCl} } mit ΔRH = −94,8 kJ·mol−1

Die Photochlorierung von Methan läuft bei Belichtung unter Beteiligung von Methyl- und Chlorradikalen als Kettenträger nach dem folgenden Schema ab:

C l 2 h ν C l + C l ( K e t t e n s t a r t ) {\displaystyle \mathrm {Cl_{2}\ {\xrightarrow {h\nu }}\ Cl{\cdot }+{\cdot }Cl\quad (Kettenstart)} }
C l + C H 4 C H 3 + H C l ( K e t t e n f o r t p f l a n z u n g ) {\displaystyle \mathrm {Cl{\cdot }+CH_{4}\longrightarrow {\cdot }CH_{3}+HCl\quad (Kettenfortpflanzung)} }
C H 3 + C l 2 C l + C H 3 C l ( K e t t e n f o r t p f l a n z u n g ) {\displaystyle \mathrm {CH_{3}{\cdot }+Cl_{2}\longrightarrow {\cdot }Cl+CH_{3}Cl\quad (Kettenfortpflanzung)} }
C l + C H 3 C H 3 C l ( K e t t e n a b b r u c h ) {\displaystyle \mathrm {Cl{\cdot }+{\cdot }CH_{3}\longrightarrow CH_{3}Cl\quad (Kettenabbruch)} }
C l + C l C l 2 ( K e t t e n a b b r u c h ) {\displaystyle \mathrm {Cl{\cdot }+{\cdot }Cl\longrightarrow Cl_{2}\quad (Kettenabbruch)} }

Höherhalogenierte Produkte entstehen nach dem selben Schema, wobei die gezielte Synthese von Chloroform bevorzugt über die Chlorierung von Aceton und die Synthese von Tetrachlormethan über die Chlorierung von Kohlenstoffdisulfid erfolgt.

C H 3 C l + C l 2 C H 2 C l 2 + H C l {\displaystyle \mathrm {CH_{3}Cl+Cl_{2}\longrightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl} } (Dichlormethan)
C H 2 C l 2 + C l 2 C H C l 3 + H C l {\displaystyle \mathrm {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\longrightarrow CHCl_{3}+HCl} } (Chloroform)
C H C l 3 + C l 2 C C l 4 + H C l {\displaystyle \mathrm {CHCl_{3}+Cl_{2}\longrightarrow CCl_{4}+HCl} } (Tetrachlormethan)

Die chlorierten Methanderivate finden vielfältige industrielle Anwendung. Methylchlorid wird zur Herstellung von Methylzellulose verwendet, früher wurde es zur Herstellung von Tetramethylblei verwendet. Dichlormethan wird vor allem als Lösungsmittel verwendet. Brommethan wird in der Schädlingsbekämpfung zu Bodenbegasung und Begasung von Transportbehältern eingesetzt.

Methanogene Archaeen

Hauptartikel: Methanogenese
Methanogeneszyklus mit Zwischenstufen

Die Methanogenese in Methanbildnern aus der Domäne der Archaeen oder Urbakterien ist eine Form der anaeroben Atmung. Als Kohlenstoffquelle dienen zum Beispiel Kohlenstoffdioxid, Essigsäure sowie C1-Verbindungen wie Methanol und Ameisensäure. Der überwiegende Teil des irdischen Methans stammt aus der biotischen Methanogenese durch die Reduktion von Kohlenstoffdioxid durch biologisch erzeugten Wasserstoff sowie durch den Zerfall von Essigsäure in Kohlenstoffdioxid und Methan durch Essigsäure-spaltende, acetoklastische Methanbildner.

Methanotrophe Mikroben

Methan wird durch bestimmte methanotrophe Prokaryoten, etwa Methylococcus capsulatus, in Gewässern und Böden mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert. Es kann sich dabei um Bakterien oder Archaeen handeln, die unter aeroben oder anaeroben Bedingungen wachsen. Diese Umsetzung ist exergon und die Prokaryoten nutzen sie als Energiequelle. Diese sind oft in der Nähe von Methanquellen zu finden, etwa in Feuchtgebieten oder in aquatischen Umgebungen. Aufgrund ihrer Rolle als Methansenke, welche die Freisetzung von Methan in die Atmosphäre reduziert, wird ihr möglicher positiver Einfluss auf die Reduktion der globalen Erwärmung untersucht.

In den Höhlen und unterirdischen Flüssen der Halbinsel Yucatán ist Methan die treibende Kraft für das dortige Leben. Das im Wasser gelöste Methan wird durch Bakterien umgewandelt und stellt somit die Grundlage des lokalen Nahrungsnetzes dar. Die dort lebenden Krebstiere beispielsweise beziehen bis zu 21 % ihrer Nahrung indirekt über methanotrophe Mikroben aus Methan.

Die Umsetzung des Methans erfolgt unter anderem über das Enzym Methan-Monooxygenase, welches die Oxidation zu Methanol katalysiert. Die Methan-Monooxygenase liegt in einer löslichen Form mit zwei sauerstoffverbrückten Eisenatomen im aktiven Zentrum und einer unlöslichen Form vor, die ein Kupferatom im aktiven Zentrum enthält.

Zoo- und Phytoplankton

Meeresalgen wie Emiliania huxleyi und andere Haptophyta produzieren im Ozean signifikante Mengen Methan: Versuche mit 13C-markierten Substraten wie Hydrogencarbonat, methylierten Schwefelverbindungen wie Dimethylsulfid, Dimethylsulfoxid und Methioninsulfoxid führten zur Bildung von 13C-angereichertem Methan. Feldstudien etwa im Pazifischen Ozean zeigten, dass die Methanproduktion durch Algen wahrscheinlich ein häufig ablaufender und wichtiger Prozess in marinen Oberflächengewässern ist. Zooplankton setzt bei der Konsumtion von Algen ebenfalls Methan frei, das vermutlich im Verdauungstrakt gebildet wird. Ein möglicher Mechanismus ist Umsetzung neu gebildeter Methylamine wie Methylamin und Trimethylamin.

Entwicklung der Methankonzentration am Vulkan Mauna Loa auf Hawaii
Methan-Konzentration in der Erdatmosphäre seit 800.000 vor unserer Zeit

Methan könnte als Treibhausgas vor etwa 252 Mio. Jahren das größte Massenaussterben des Phanerozoikums mit verursacht habe. Der Anstieg seiner Konzentration in der Erdatmosphäre in der Moderne ist einer der Aspekte des Anthropozäns. Laut zweier Studien des Global Carbon Project stammten 2017 mehr als 60 % der Methan-Emissionen aus der menschlichen Wirtschaft.

Atmosphärenchemie

Da das farb- und geruchlose Gas eine geringere Dichte als Luft aufweist, steigt es in die höheren Schichten der Erdatmosphäre auf. Dort wirkt es als Treibhausgas, wobei es 20- bis 30-mal wirkungsvoller ist als Kohlenstoffdioxid, wobei es in viel geringeren Mengen als dieses in der Atmosphäre vorkommt. In einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre wird Methan langsam oxidiert, insbesondere durch Hydroxyl-Radikalen zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Dieser Prozess ist langsam, die Halbwertszeit wird auf 12 Jahre geschätzt. Laut anderen Schätzungen beträgt die atmosphärische Verweildauer 8–15 Jahre und ist verglichen mit anderen Treibhausgasen kurz.

Treibhauspotenzial

Sein Treibhauspotenzial ist dabei, auf einen Zeitraum von 100 Jahren bezogen, 28-mal höher als das der gleichen Gewichtsmenge Kohlenstoffdioxid. Nach einer neueren Untersuchung beträgt dieser Faktor 33, wenn Wechselwirkungen mit atmosphärischen Aerosolen berücksichtigt werden. Auf einen Zeitraum von 20 Jahren bezogen steigt dieser Faktor auf 84. Methan trägt rund 20 bis 30 % zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Nach Einschätzung des Umweltprogramms der Vereinten Nationen könnte mit Maßnahmen gegen Methan-Emissionen erreicht werden, dass die mittlere globale Temperatur bis 2045 um fast 0,3 °C langsamer anwächst als erwartet. Im Vergleich zu Kohlendioxid wird Methan nach kürzerer Zeit in der Erdatmosphäre abgebaut.

Methanquellen

Globaler Methankreislauf (2016), Global Carbon Project

Die Methankonzentrationen stiegen zwischen 2000 und 2006 jährlich um etwa 0,5 ppb, seit 2006 mit einer mehr als zehnfach höheren Rate. Damit ist weit mehr Methan in der Erdatmosphäre als jemals während der letzten 650.000 Jahre. 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.

Jährlich werden auf der Erde etwa 600 Millionen Tonnen Methan emittiert. In Deutschland sank die Emission zwischen 1990 und 2018 von 121,2 Millionen Tonnen auf etwa 52,6 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent.

Anfang 2014 berichtete das Forschungsmagazin Science nach einer Meta-Studie von über 200 Studien, dass die US-amerikanische Umweltschutzbehörde Environmental Protection Agency (EPA) den Methangas-Ausstoß in den USA seit 20 Jahren zu gering angegeben habe. In den USA wurden jährlich 40 Millionen Tonnen mehr in die Atmosphäre emittiert als bisher offiziell angenommen, sowohl aus natürlichen Quellen wie auch aus der Viehhaltung von beispielsweise 88 Millionen Rindern im Land sowie aus Lecks in Förderanlagen und Pipelines. Basierend auf Daten aus Feldmessungen werden die jährlichen Methanemissionen aus der Öl- und Gaslieferkette auf etwa 13 Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt und liegen damit 60 % über den Schätzungen der US-Umweltschutzbehörde. Bei der Öl- und Gasproduktion sind die gemessenen Emissionen sogar doppelt so hoch wie die behördlichen Schätzwerte. Mittels des Tropomi-Spektrometers wurden allein im Permian Basin in Texas 2018 eine jährliche Emission von 2,9 ±0,5 Millionen Tonnen gemessen. Unklar ist bislang (2014), wieweit die fehlerhaften Angaben Einfluss auf die Rechenmodelle zur Entwicklung des Weltklimas haben.

Hydraulic Fracturing

Der Ausstoß von Methan hat besonders in den Vereinigten Staaten signifikant zugenommen. Dieser könnte mit der Förderung von Schiefergas durch Hydraulic Fracturing (Fracking) zusammenhängen. Es gibt erhebliche Unsicherheiten über das Ausmaß der Methanleckagen im Zusammenhang mit Hydraulic Fracturing und Hinweise darauf, dass die Leckagen die Vorteile der Verbrennung von Erdgas gegenüber anderen fossilen Brennstoffen zunichtemachen könnten. Laut einer 2020 veröffentlichten Studie emittieren Fracking-Anlagen doppelt so viel Methan wie zuvor geschätzt. Für die Hydraulic-Fracturing-Anlagen in Pennsylvania wird eine Leckagerate von etwa 10 % angenommen, die als repräsentativ für die Hydraulic-Fracturing-Industrie in den USA im Allgemeinen angesehen wird. Die Methanemissionen im Gebiet der Marcellus-Formation wurden pro Jahr zu etwa 0,67 Millionen Tonnen bestimmt.

Permafrost

Die Freisetzung von Methan aus Permafrost und vom Meeresboden ist eine mögliche Folge und eine weitere Ursache für die globale Erwärmung. Aus arktischen Permafrostböden wird Methan sowohl geologischen als auch biologischen Ursprungs freigesetzt, biogenes durch Umwandlung von Permafrost in Feuchtgebiete. Biogenes Methan wird in Abhängigkeit von den Wetterbedingungen wie Temperatur und Sonneneinfall freigesetzt, während Methan geologischen Ursprungs unabhängig davon freigesetzt wird.

Öl- und Kohlegewinnung und Transport

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.

Studien deuten darauf hin, dass die Methan-Emissionen aus Kohleminen stark unterschätzt wurden. So wurde 2014 in der Gegend um Four Corners durch Satellitendaten eine gewaltige Methanemission aus nahe gelegenen Kohleabbaustätten detektiert. Mit geschätzten 600.000 Tonnen Methan pro Jahr sind die Emissionen größer als die der gesamten britischen Öl-, Gas- und Kohleindustrie.

Durch Leckagen in der Erdgasinfrastruktur kann es zu bedeutenden Freisetzungen von Methan kommen. So führte 2015 ein Leck in einer unterirdischen Speicheranlage im Aliso Canyon zu einer massiven Freisetzung von Erdgas, bei der etwa 100.000 Tonnen Methan freigesetzt wurden. Bei einem Blowout in Ohio im Jahr 2018 wurden über einen Zeitraum von 20 Tagen etwa 57.000 Tonnen Methan emittiert.

Reisanbau, Ziegen-, Schaf- und Rinderzucht

Etwa 70 % der mikrobiellen Methanemission der Erde ist auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen. Die Methanemissionen in der Landwirtschaft und bei der Tierhaltung gehen zu 39 % auf die Rinderhaltung und zu 17 % auf den Nassreisanbau zurück. Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) schrieb 2006 dem Viehwirtschaftssektor ein knappes Fünftel der vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen zu, etwas mehr als dem Transportsektor. Viele Pflanzen produzieren ständig Methan und tragen so seit jeher zum Methangehalt der Atmosphäre bei.

Die archaeellen Methanbildner im Pansen wiederkäuender Tiere sind für die ständige Neubildung von Methan verantwortlich. Ein Hausrind stößt täglich etwa 150 bis 250 Liter Methan aus, weil im Rindermagen Methanogene an der Zersetzung von Cellulose beteiligt sind. Die Senkung der Methanemission von Kühen durch Futterzusätze wird intensiv erforscht. Möglicherweise können die Methanemissionen der Wiederkäuer durch spezielle Impfungen gesenkt werden. Die Methanbildung reduziert auch die Energie, die den Tieren durch die Nahrungsaufnahme zur Verfügung gestellt wird und damit nicht für die Produktion von Milch, Fleisch oder Fasern zur Verfügung steht. Schätzungen gehen von einem Energieverlust von etwa 6 bis 10 % der Bruttoenergieaufnahme aus.

Diagramm zur Entflammbarkeit von Methan

Methan ist hoch entzündlich, der Flammpunkt liegt bei −188 °C, die Zündtemperatur bei 595 °C. Methan bildet bei einem Volumenanteil zwischen 4,4 und 16,5 % in Luft explosive Gemische.

Durch unbemerktes Ausströmen von Erdgas kommt es immer wieder zu folgenschweren Gasexplosionen, etwa die Explosion der New London School 1937. In Folge wurde die Beimengung von Methanthiol, Tetrahydrothiophen oder ähnlichen, leicht wahrnehmbaren Odoriermitteln zum Erdgas vorgeschrieben. Methanbehälter sollen an gut belüfteten Orten aufbewahrt und von Zündquellen ferngehalten werden und es sollten Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung getroffen werden. Die gefürchteten Grubengasexplosionen in Kohlebergwerken, sogenannte Schlagwetter, sind auf Methan-Luft-Gemische zurückzuführen.

Methan wird, um die Dichte zu erhöhen, unter hohem Druck in Gasflaschen bei 200 bar aufbewahrt. Methan liegt in der handelsüblichen 50 Liter-Stahlflasche oder in Kraftfahrzeugtanks, oft mit Kohlenstofffasern verstärktes Epoxidharz über Aluminium-Liner, komprimiert auf 200 bar gasförmig vor, sogenanntes Compressed Natural Gas (CNG).

Der Schifftransport in großen Mengen erfolgt in fast überdrucklosen Membrantanks, jedoch bei etwa −162 °C tiefkalt verflüssigt, sogenanntes Liquified Natural Gas (LNG). Schiffe mit Rohr- und Kugeltanks transportieren Erdgas bei einem Druck von etwa 200 bis 300 bar und bei höherer Temperatur.

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 selbst ist ungiftig, durch Verdrängung von Sauerstoff aus der normalen Atemluft jedoch kann die Aufnahme von Methan zu erhöhter Atemfrequenz (Hyperventilation) und erhöhter Herzfrequenz führen, kurzzeitig niedrigen Blutdruck, Taubheit in den Extremitäten, Schläfrigkeit, mentale Verworrenheit und Gedächtnisverlust auslösen, alles hervorgerufen durch Sauerstoffmangel. Methan führt 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.

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

  • Enoch Durbin: Methane: Fuel for the Future. Plenum Press, New York, London, 1982, ISBN 978-1-4684-4342-4
  • Reiner Wassman, Rhoda S. Lantin, Heinz-Ulrich Neue: Methane Emissions from Major Rice Ecosystems in Asia. Springer, 2000, ISBN 978-0-7923-6765-9
  • Peter Pfeifer, Roland Reichelt (Hrsg.): H2O & Co. Organische Chemie. Oldenbourg, München 2003, ISBN 3-486-16032-X. (Extrakapitel über Methan und Informationen zu den anderen Alkanen)
  • Pflanzen – eine vergessene Methanquelle. In: Bergbau. Heft 1/2007, S. 7–8. ()
Commons: Methan – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Methan – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  1. Eintrag zu in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
  2. D. H. Ripin, D. A. Evans: (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 im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung .
  7. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): (Suche nach 74-82-8 bzw. Methan), abgerufen am 15. September 2019.
  8. 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, .
  9. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 97. Auflage. (Internet-Version: 2016), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-26.
  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().
  12. Giuseppe Etiope, Agnieszka Drobniak, Arndt Schimmelmann: Natural seepage of shale gas and the origin of „eternal flames“ in the Northern Appalachian Basin, USA. In: Marine and Petroleum Geology, 43, 2013, S. 178–186, doi:10.1016/j.marpetgeo.2013.02.009.
  13. Mirella Galletti: Kirkuk: The Pivot of Balance in Iraq Past and Present. In: Journal of Assyrian Academic Studies, 19.2, 2005, S. 21–42.
  14. Henry A. Spiller, John R. Hale, Jelle Z. De Boer: The Delphic Oracle: A Multidisciplinary Defense of the Gaseous Vent Theory. In: Journal of Toxicology: Clinical Toxicology. 40, 2002, S. 189–196, doi:10.1081/CLT-120004410.
  15. David Curtis Wright: The history of China. Greenwood Press, Westport, 2001, ISBN 0-313-30940-X, S. 41.
  16. 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 of London. 2, 1666, S. 482–484, doi:10.1098/rstl.1666.0028.
  17. Anand Kumar Sethi: The European Edisons: Volta, Tesla, and Tigerstedt. Palgrave McMillan, 2016, ISBN 978-1-137-49220-3, S. 9–12.
  18. Alessandro Volta: Briefe über die natürlich entstehende entzündbare Sumpfluft. Wintherthur, bey Heinrich Steiner und Compagnie, 1778.
  19. Jaime Wisniak: William Henry: His Achievements and His Law. In: The Chemical Educator. 6, 2001, S. 62–68, doi:10.1007/s00897000449a.
  20. C. Morton: Observations on the Safety Lamp. In: Proceedings of the Yorkshire Geological Society. 1, 1839, S. 21–25, doi:10.1144/pygs.1.21.
  21. S. Faramawy, T. Zaki, A.A.-E. Sakr: Natural gas origin, composition, and processing: A review. In: Journal of Natural Gas Science and Engineering, 34, 2016, S. 34–54, doi:10.1016/j.jngse.2016.06.030.
  22. , bei naturalgas.org, abgerufen am 17. Juli 2021.
  23. Robert H. Crabtree: Aspects of methane chemistry. In: Chemical Reviews, 95.4, 1995, S. 987–1007.
  24. X. Xiong, F. Weng, Q. Liu, E. Olsen: Space-borne observation of methane from atmospheric infrared sounder version 6: validation and implications for data analysis. In: Atmospheric Measurement Techniques Discussions. 8, 2015, S. 8563–8597, doi:10.5194/amtd-8-8563-2015.
  25. 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
  26. William Martin: (PDF; 945 kB). In: Biologie in unserer Zeit. 3/2009(39), S. 166–173. doi:10.1002/biuz.200910391
  27. Bing Xie, Hua Zhang, Dong-Dong Yang, Zhi-Li Wang: A modeling study of effective radiative forcing and climate response due to increased methane concentration. In: Advances in Climate Change Research. 7, 2016, S. 241–246, doi:10.1016/j.accre.2016.12.001.
  28. Cristina Prados-Roman u. a.: Atmospheric formaldehyde at El Teide and Pic du Midi remote high-altitude sites. In: Atmospheric Environment. 234, 2020, S. 117618, doi:10.1016/j.atmosenv.2020.117618.
  29. U. Deppenmeier, V. Müller: Life close to the thermodynamic limit: how methanogenic archaea conserve energy. In: Günter Schäfer, Harvey S. Penefsky (Hrsg.): Bioenergetics: Energy Conservation and Conversion. Results and Problems in Cell Differentiation, Volume 45. Springer 2008, ISBN 978-3-540-78622-1, S. 123–152. ; doi:10.1007/400_2006_026.
  30. 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.
  31. 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
  32. Fred N. Kissell u. a.: Handbook for methane control in mining. DHHS (NIOSH) Publication, No. 2006–127, NIOSH–Publications Dissemination, Cincinnati, S. 3–7.
  33. M. J. Hunt: Petroleum geochemistry and geology. 2. Auflage, W. H. Freeman and Company, New York 1995
  34. Keith A. Kvenvolden: Methane hydrate — A major reservoir of carbon in the shallow geosphere?. In: Chemical Geology. 71, 1988, S. 41–51, doi:10.1016/0009-2541(88)90104-0.
  35. C. D. Ruppel, J. D. Kessler: The interaction of climate change and methane hydrates. In: Reviews of Geophysics, 55, 2017, S. 126–168, doi:10.1002/2016RG000534.
  36. Bruce Buffett, David Archer: Global inventory of methane clathrate: sensitivity to changes in the deep ocean. In: Earth and Planetary Science Letters. 227, 2004, S. 185–199, doi:10.1016/j.epsl.2004.09.005.
  37. A. V. Milkov: Global estimates of hydrate-bound gas in marine sediments: how much is really out there? In: Earth-Science Reviews, Vol. 66, 2004, S. 183–197.
  38. Andrés Guzmán-Marmolejo, Antígona Segura: Methane in the Solar System. In: Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 67, 3, 2015, S. 377–385.
  39. L.A. Sromovsky, E. Karkoschka, P.M. Fry, H.B. Hammel, I. de Pater, K. Rages: Methane depletion in both polar regions of Uranus inferred from HST/STIS and Keck/NIRC2 observations. In: Icarus. 238, 2014, S. 137–155, doi:10.1016/j.icarus.2014.05.016.
  40. J. H. Waite: Cassini Ion and Neutral Mass Spectrometer: Enceladus Plume Composition and Structure. In: Science. 311, 2006, S. 1419–1422, doi:10.1126/science.1121290.
  41. Jonathan I. Lunine: The Atmospheres of Uranus and Neptune. In: Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 31, 1993, S. 217–263, doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.001245.
  42. auf: jpl.nasa.gov (englisch, 19. März 2008), abgerufen am 20. März 2008.
  43. S. K. Leggett u. a.: The missing link: Early methane (“T”) dwarfs in the Sloan Digital Sky Survey. In: The Astrophysical Journal Letters, 536.1, 2000, S. L35–L38.
  44. M. J. Mumma, G. L. Villanueva, R. E. Novak, T. Hewagama, B. P. Bonev, M. A. DiSanti, A. M. Mandell, M. D. Smith: Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003. In: Science. 323, 2009, S. 1041–1045, doi:10.1126/science.1165243.
  45. Kenneth Chang: , In: The New York Times, 22. Juni 2019, ISSN 0362-4331
  46. R. Wordsworth u. a.: Transient reducing greenhouse warming on early Mars. In: Geophysical Research Letters. 44, 2017, S. 665–671, doi:10.1002/2016GL071766.
  47. . Auf: jpl.nasa.gov, 12. Dezember 2013, abgerufen am 27. Dezember 2013.
  48. Ralph-Mirko Richter: In: Raumfahrer.net. 13. Januar 2013, abgerufen am 11. Juni 2013
  49. . Auf: jpl.nasa.gov, 8. Januar 2013, abgerufen am 11. Juni 2013.
  50. Antonin Affholder u. a.: Bayesian analysis of Enceladus’s plume data to assess methanogenesis. In: Nature Astronomy, 6.2021, S. 2397, doi:10.1038/s41550-021-01372-6.
  51. J. Hunter Waite u. a.: Cassini finds molecular hydrogen in the Enceladus plume: Evidence for hydrothermal processes. In: Science. 356, 2017, S. 155–159, doi:10.1126/science.aai8703.
  52. Jinrui Zhang, Hans Meerman, René Benders, André Faaij: Comprehensive review of current natural gas liquefaction processes on technical and economic performance. In: Applied Thermal Engineering. 166, 2020, S. 114736, doi:10.1016/j.applthermaleng.2019.114736.
  53. H. Märkl, H. Friedmann: Biogasproduktion. In: Garabed Antranikian: Angewandte Mikrobiologie. Springer, Berlin, Heidelberg, 2006, ISBN 978-3-540-24083-9, S. 459–487.
  54. Anelli Petersson, Arthur Wellinger: Biogas upgrading technologies–developments and innovations. In: IEA bioenergy. 20, 2009, S. 1–19.
  55. Christian Gutt: Brennendes Eis: Methanhydrat—Energiequelle der Zukunft oder Gefahr fürs Klima? In: Physikalische Blätter. 57.9, 2001, S. 49–54.
  56. Paul Sabatier, Senderens: Compte Rendu Acad. Sci., Band 134, 1902, S. 689.
  57. Colin Campbell, Albert Parker: CXXXVI.—The preparation and analysis of methane. In: J. Chem. Soc., Trans.. 103, 1913, S. 1292–1297, doi:10.1039/CT9130301292.
  58. R. Bini, G. Pratesi: High-pressure infrared study of solid methane: Phase diagram up to 30 GPa. In: Physical Review. B, 55 (22), 1997, S. 14800–14809
  59. J. Huheey, E. Keiter, R. Keiter: Anorganische Chemie: Prinzipien von Struktur und Reaktivität. Walter de Gruyter, Berlin/New York 2003, ISBN 3-11-017903-2, S. 174–179.
  60. Feng Wang: Molecular orbitals of methane: symmetry or hybridization? In: THEOCHEM, 2004, Band 678, Nr. 1–3, S. 105–111, doi:10.1016/j.theochem.2004.02.042.
  61. S. A. C. Clark, T. J. Reddish, C. E. Brion, E. R. Davidson, R. F. Frey: The valence orbital momentum distributions and binding energy spectra of methane by electron momentum spectroscopy: Quantitative comparisons using near Hartree-Fock limit and correlated wavefunctions. In: Chemical Physics, 1990, Band 143, Nr. 1, S. 1–10, doi:10.1016/0301-0104(90)85001-D.
  62. Catherine E. Housecroft, Alan G. Sharpe: Anorganische Chemie. Pearson, München u. a. 2006, ISBN 3-8273-7192-9, S. 125–126.
  63. E. K. Plyler, E. D. Tidwell, L. R. Blaine: Infrared Absorption Spectrum of Methane From 2470 to 3200 cm. In: Journal of Research of the National Bureau of Standards, Section A: Physics and Chemistry. Band 64A, Nummer 3, 1960 May-Jun, S. 201–212, doi:10.6028/jres.064A.021, , (freier Volltext).
  64. Johann Weidlein, Ulrich Müller, Kurt Dehnicke: Schwingungsspektroskopie: Eine Einführung. 2., überarb. Auflage. Thieme, Stuttgart 1988, ISBN 3-13-625102-4,S.134–135.
  65. C. Roche, J. P Champion: Analysis of dyad – dyad transitions of 12CH4 and 13CH4. In: Canadian Journal of Physics, 1991, Band 69, Nr. 1, S. 40–51, doi:10.1139/p91-007.
  66. J.-C. Hilico, J. P. Champion, S. Toumi, V. G. Tyuterev, S. A. Tashkun: New Analysis of the Pentad System of Methane and Prediction of the (Pentad-Pentad) Spectrum. In: Journal of Molecular Spectroscopy, 1994, Band 168, Nr. 2, S. 455–476, doi:10.1006/jmsp.1994.1293.
  67. Hans-Martin Niederer, Sieghard Albert, Sigurd Bauerecker, Vincent Boudon, Jean-Paul Champion, Martin Quack: Global Analysis of the Infrared Spectrum of 13CH4: Lines in the Region 0 to 3200 cm−1. In: Chimia, 2008, Band 62, Nr. 4, S. 273–276, doi:10.2533/chimia.2008.273.
  68. S. Albert, S. Bauerecker, V. Boudon, L. R. Brown, J.-P. Champion, M. Loëte, A. Nikitin, M. Quack: Global analysis of the high resolution infrared spectrum of methane 12CH4 in the region from 0 to 4800 cm−1. In: Chemical Physics, 2009, Band 356, Nr. 1–3, S. 131–146, doi:10.1016/j.chemphys.2008.10.019.
  69. Geoffrey A. Ozin, John G. McCaffrey, J. Mark Parnis: Photochemistry of Transition-Metal Atoms: Reactions with Molecular Hydrogen and Methane in Low-Temperature Matrices. In: Angewandte Chemie International Edition in English. 25, 1986, S. 1072–1085, doi:10.1002/anie.198610721.
  70. Clinton R. King u. a.: Supermetal: SbF5-mediated methane oxidation occurs by C–H activation and isobutane oxidation occurs by hydride transfer. In: Dalton Transactions, 48.45, 2019, S. 17029–17036.
  71. Ayusman Sen, Mark A. Benvenuto, Minren Lin, Alan C. Hutson, Naomi Basickes: Activation of Methane and Ethane and Their Selective Oxidation to the Alcohols in Protic Media. In: Journal of the American Chemical Society. 116, 1994, S. 998–1003, doi:10.1021/ja00082a022.
  72. Standardreaktionsenthalpie für die Verbrennung von Methan und diversen Erdölprodukten, vgl. S. 3 ff. in: Herbert Mayr: . (PDF-Datei; 190 kB). LMU München: Physikalisch-organische Chemie, 2006
  73. Duy Khoe Dinh, Dae Hoon Lee, Young-Hoon Song, Sungkwon Jo, Kwan-Tae Kim, Muzammil Iqbal, Hongjae Kang: Efficient methane-to-acetylene conversion using low-current arcs. In: RSC Advances. 9, 2019, S. 32403–32413, doi:10.1039/c9ra05964d.
  74. F. Endter: Die technische Synthese von Cyanwasserstoff aus Methan und Ammoniak ohne Zusatz von Sauerstoff, Chemieingenieurtechnik, Nr. 30, 1958, S. 305–310, doi:10.1002/cite.330300506.
  75. , bei U.S. Energy Information Administration, abgerufen am 12. Juli 2021.
  76. Rudolph Hopp: Grundlagen der Chemischen Technologie: für Praxis und Berufsbildung. Wiley-VCH, Weinheim, 2001, ISBN 3-527-29998-X, S. 452.
  77. Selma K. Bengtsson, Erik Fridell, Karin E. Andersson: Fuels for short sea shipping: A comparative assessment with focus on environmental impact. In: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. 228, 2013, S. 44–55, doi:10.1177/1475090213480349.
  78. L.S. Neiva: A Study on the Characteristics of the Reforming of Methane: A review. In: Brazilian Journal of Petroleum and Gas. 2010, S. 119–127, doi:10.5419/bjpg2010-0013.
  79. Trevor L. LeValley, Anthony R. Richard, Maohong Fan: The progress in water gas shift and steam reforming hydrogen production technologies – A review. In: International Journal of Hydrogen Energy. 39, 2014, S. 16983–17000, doi:10.1016/j.ijhydene.2014.08.041.
  80. Hazzim F. Abbas, W.M.A. Wan Daud: Hydrogen production by methane decomposition: A review. In: International Journal of Hydrogen Energy. 35, 2010, S. 1160–1190, doi:10.1016/j.ijhydene.2009.11.036.
  81. Martin Bertau, Heribert Offermanns, Ludolf Plass, Friedrich Schmidt, Hans-Jürgen Wernicke: Methanol: The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future: Asinger’s Vision Today, 750 Seiten, Verlag Springer; 2014, ISBN 978-3-642-39709-7, S. 52.
  82. Boy Cornils: Hydroformylierung (Oxo-Synthese). In: J. Falbe, U. Hasserodt: Katalysatoren, Tenside und Mineralöladditive, Georg Thieme Verlag, 1978, ISBN 3-13-552601-1, S. 108–111.
  83. Ernst Bartholomé: Probleme großtechnischer Anlagen zur Erzeugung von Acetylen nach dem Sauerstoff-Verfahren. In: Chemie Ingenieur Technik - CIT. 26, 1954, S. 253–258, doi:.
  84. Manchiu D. S. Lay, Mitchell Sauerhoff, Donald R. Saunders: "Carbon Disulfide". In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000, doi: 10.1002/14356007.a05_185.
  85. Dirk Steinborn: Grundlagen der metallorganischen Komplexkatalyse. Teubner, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8351-0088-6, S. 261–263.
  86. Ivan Ernest: Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie. Springer-Verlag, 1972, ISBN 3-211-81060-9, S. 297–306
  87. R. Conrad: Contribution of hydrogen to methane production and control of hydrogen concentrations in methanogenic soils and sediments. In: FEMS Microbiology Ecology. 28, 1999, S. 193–202, doi:10.1111/j.1574-6941.1999.tb00575.x.
  88. R. Hedderich, W. B. Whitman: Biogeochemistry of Methanogenesis. In: Salvator Eduardo Acevedo Monroy: The Prokaryotes. Volume 2: Ecophysiology and Biochemisty. Springer, New York, 2006, ISBN 978-0387-25492-0, S. 1052–1079.
  89. R. S. Hanson, T. E. Hanson: Methanotrophic bacteria. In: Microbiological Reviews. 60, 1996, S. 439–471, doi:10.1128/mr.60.2.439-471.1996.
  90. D. Brankovits u. a.: Methane- and dissolved organic carbon-fueled microbial loop supports a tropical subterranean estuary ecosystem. In: Nature Communications. 8, 2017, S. 1–12, doi:10.1038/s41467-017-01776-x.
  91. Matthew O. Ross, Amy C. Rosenzweig: A tale of two methane monooxygenases. In: JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry. 22, 2017, S. 307–319, doi:10.1007/s00775-016-1419-y.
  92. T. Klintzsch, G. Langer, G. Nehrke, A. Wieland, K. Lenhart, F. Keppler: Methane production by three widespread marine phytoplankton species: release rates, precursor compounds, and potential relevance for the environment. In: Biogeosciences, 16, 2019, S. 4129–4144, doi:10.5194/bg-16-4129-2019.
  93. Marie A. de Angelis, Cindy Lee: Methane production during zooplankton grazing on marine phytoplankton. In: Limnology and Oceanography. 39, 1994, S. 1298–1308, doi:10.4319/lo.1994.39.6.1298.
  94. R. B. Jackson, M. Saunois, P. Bousquet, J. G. Canadell, B. Poulter, A. R. Stavert, P. Bergamaschi, Y. Niwa, A. Segers, A. Tsuruta: Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources. In: Environmental Research Letters, 2020, Band 15, S. 071002, doi:10.1088/1748-9326/ab9ed2.
  95. Marielle Saunois u. a.: The Global Methane Budget 2000–2017. In: Earth System Science Data, 2020, Band 12, S. 1561–1623, doi:10.5194/essd-12-1561-2020
  96. Umweltbundesamt, 6. Juni 2019, abgerufen am 29. Februar 2020.
  97. A. V. Dzyuba, A. V. Eliseev, I. I. Mokhov: Estimates of changes in the rate of methane sink from the atmosphere under climate warming. In: Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 48, 2012, S. 332–342, doi:10.1134/S0001433812020041.
  98. D. T. Shindell, G. Faluvegi, D. M. Koch, G. A. Schmidt, N. Unger, S. E. Bauer: Improved attribution of climate forcing to emissions. In: Science. 326, Nr. 5953, 2009, S. 716–718
  99. Joachim Wille: . In: Klimareporter.de, 11. Mai 2021.
  100. In: Der Spiegel. Abgerufen am 27. April 2021.
  101. Environmental Research Letters, doi:10.1088/1748-9326/11/12/120207. Nach: deutschlandfunk.de, Forschung aktuell, Meldungen, 12. Dezember 2016: (20. Juni 2017)
  102. S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, M.Tignor and H. L. Miller (eds.): (PDF, 3,9 MB). In: IPCC, 2007: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
  103. Benjamin Hmiel u. a.: Preindustrial 14CH4 indicates greater anthropogenic fossil CH4 emissions. In: Nature. 578, 2020, S. 409–412, doi:10.1038/s41586-020-1991-8.
  104. Umweltbundesamt, 25. April 2019, abgerufen am 29. Februar 2020.
  105. Yuzhong Zhang u. a.: Quantifying methane emissions from the largest oil-producing basin in the United States from space. In: Science Advances. 6, 2020, S. eaaz5120, doi:10.1126/sciadv.aaz5120.
  106. Silke Hasselmann: (Memento vom 27. Februar 2014 im Internet Archive) auf: Deutschlandfunk. 14. Februar 2014, (20. Februar 2014)
  107. Robert W. Howarth: Ideas and perspectives: is shale gas a major driver of recent increase in global atmospheric methane?. In: Biogeosciences. 16, 2019, S. 3033, doi:10.5194/bg-16-3033-2019.
  108. Stephen Leahy: In: National Geographic. 15. August 2019, abgerufen am 20. August 2019.
  109. Xinrong Ren u. a.: Methane Emissions from the Marcellus Shale in Southwestern Pennsylvania and Northern West Virginia Based on Airborne Measurements. In: Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 124, 2019, S. 1862–1878, doi:10.1029/2018JD029690.
  110. . In: The Guardian, ISSN 0261-3077, Abruf 18. Juni 2019
  111. Katrin Kohnert, Andrei Serafimovich, Stefan Metzger, Jörg Hartmann, Torsten Sachs: Strong geologic methane emissions from discontinuous terrestrial permafrost in the Mackenzie Delta, Canada. In: Scientific Reports. 7, 2017, S. 5828, doi:10.1038/s41598-017-05783-2.
  112. Volker Mrasek: In: Deutschlandfunk. Deutschlandradio, 6. Dezember 2017, abgerufen am 8. Dezember 2017.
  113. Josh Gabbatiss: Carbon Brief, 24. März 2020, abgerufen am 29. März 2020 (englisch).
  114. Jillian Ambrose: Methane emissions from coalmines could stoke climate crisis – study. In: The Guardian. 15. November 2015, ISSN=0261-3077
  115. mbe: In: spiegel.de. 11. Oktober 2014, abgerufen am 11. Oktober 2014.
  116. S. Conley, G. Franco, I. Faloona, D. R. Blake, J. Peischl, T. B. Ryerson: Methane emissions from the 2015 Aliso Canyon blowout in Los Angeles, CA. In: Science. 351, 2016, S. 1317–1320, doi:10.1126/science.aaf2348.
  117. Sudhanshu Pandey u. a.: Satellite observations reveal extreme methane leakage from a natural gas well blowout. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 116, 2019, S. 26376, doi:10.1073/pnas.1908712116.
  118. (en), FAO 2006, Rom, (, en)
  119. Auf: wissenschaft.de vom 12. Januar 2006.
  120. D.N. Kamra, N. Agarwal, P.C. Sakthivel, L.C. Chaudhary: Garlic as a rumen modifier for eco-friendly and economic livestock production. In: Journal of Applied Animal Research. 40, 2012, S. 90–96, doi:10.1080/09712119.2011.607764.
  121. Margarida R. G. Maia, António J. M. Fonseca, Hugo M. Oliveira, Carla Mendonça, Ana R. J. Cabrita: The Potential Role of Seaweeds in the Natural Manipulation of Rumen Fermentation and Methane Production. In: Scientific Reports. 6:32321, 2016, doi:10.1038/srep32321.
  122. Robert D. Kinley, Rocky de Nys, Matthew J. Vucko, Lorenna Machado, Nigel W. Tomkins: The red macroalgae Asparagopsis taxiformis is a potent natural antimethanogenic that reduces methane production during in vitro fermentation with rumen fluid. In: Animal Production Science. 56, 2016, S. 282–289, doi:10.1071/AN15576.
  123. Breanna M. Roque, Joan K. Salwen, Rob Kinley, Ermias Kebreab: Inclusion of Asparagopsis armata in lactating dairy cows’ diet reduces enteric methane emission by over 50 percent. In: Journal of Cleaner Production. 234, 2019, S. 132, doi:10.1016/j.jclepro.2019.06.193.
  124. Breanna M. Roque, Marielena Venegas, Robert D. Kinley, Rocky de Nys, Toni L. Duarte, Xiang Yang, Ermias Kebreab, James E. Wells: Red seaweed (Asparagopsis taxiformis) supplementation reduces enteric methane by over 80 percent in beef steers. In: PLOS ONE. 16, 2021, S. e0247820, doi:10.1371/journal.pone.0247820.
  125. Victoria Baca-González, Patricia Asensio-Calavia, Sergio González-Acosta, Jose Manuel Pérez de la Lastra, Antonio Morales de la Nuez: Are Vaccines the Solution for Methane Emissions from Ruminants? A Systematic Review. In: Vaccines. 8, 2020, S. 460, doi:.
  126. , bei Agriculture.viv.gov.au; abgerufen am 11. Juli 2021.
  127. Julien Mouli-Castillo, Georgina Orr, James Thomas, Nikhil Hardy, Mark Crowther, R. Stuart Haszeldine, Mark Wheeldon, Angus McIntosh: A comparative study of odorants for gas escape detection of natural gas and hydrogen. In: International Journal of Hydrogen Energy. 46, 2021, S. 14881–14893, doi:10.1016/j.ijhydene.2021.01.211.
  128. Michael J. Economides, Kai Sun, Gloria Subero: Compressed Natural Gas (CNG): An Alternative to Liquefied Natural Gas (LNG). In: SPE Production & Operations. 21, 2006, S. 318–324, doi:10.2118/92047-PA.
  129. A. Rojey, C. Jaffret u. a.: Natural Gas. Production Processing Transport. Institut Français du Pétrole Publications, Èditions Technip, Paris, 1997, ISBN 978-2-7108-0693-6, S. 319.
  130. Rodolfo Taccani, Gabriele Maggiore, Diego Micheli: Development of a Process Simulation Model for the Analysis of the Loading and Unloading System of a CNG Carrier Equipped with Novel Lightweight Pressure Cylinders. In: Applied Sciences. 10, 2020, S. 7555, doi:10.3390/app10217555.
  131. Dietrich Henschler: Toxikologie chlororganischer Verbindungen der Einfluss von Chlorsubstituenten auf die Toxizität organischer Moleküle. Verlag Chemie, Weinheim, New York, Basel, Cambridge, Tokio, 1994, ISBN 3-527-29262-4, S. 11.
  132. K. Kawara, B. Gregory, T. Yamamoto, H. Shibai: Infrared spectroscopic observation of methane in Comet P/Halley. In: Astronomy and Astrophysics. 207, 1, 1988, S. 174–181, bibcode:
  133. Lee Marotta, Denis Yates: Abgerufen am 26. Oktober 2014.
Normdaten (Sachbegriff): GND:(, )


Dieser Artikel wurde am 18. August 2021 in dieser Version in die Liste der exzellenten Artikel aufgenommen.

Methan
methan, farb, geruchloses, brennbares, sprache, beobachten, bearbeiten, eine, chemische, verbindung, summenformel, einfachste, vertreter, stoffgruppe, alkane, unter, normalbedingungen, farb, geruchloses, brennbares, wasser, unlöslich, bildet, luft, explosive, . Methan farb geruchloses brennbares Gas Sprache Beobachten Bearbeiten Methan ist eine chemische Verbindung mit der Summenformel CH4 und der einfachste Vertreter aus der Stoffgruppe der Alkane Unter Normalbedingungen ist es ein farb und geruchloses brennbares Gas Methan ist in Wasser unloslich und bildet mit Luft explosive Gemische Es verbrennt mit blaulich heller Flamme in Gegenwart von ausreichend Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser StrukturformelAllgemeinesName MethanAndere Namen Methylwasserstoff Carban R 50Summenformel CH4Kurzbeschreibung farb und geruchsloses Gas 1 Externe Identifikatoren DatenbankenCAS Nummer 74 82 8EG Nummer 200 812 7ECHA InfoCard 100 000 739PubChem 297DrugBank DB15994Wikidata Q37129EigenschaftenMolare Masse 16 04 g mol 1Aggregatzustand gasformigDichte 0 72 kg m 3 gasformig 0 C 1013 hPa 1 0 42 g cm 3 flussig am Siedepunkt 1 Schmelzpunkt 182 C 1 Siedepunkt 162 C 1 pKS Wert 48 2 Loslichkeit wenig loslich in Wasser 36 7 ml l 1 1 gut loslich in Ethanol und Diethylether 3 Dipolmoment 0 4 Brechungsindex 1 000444 0 C 101 325 kPa 5 SicherheitshinweiseGHS Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung EG Nr 1272 2008 CLP 6 ggf erweitert 1 GefahrH und P Satze H 220 280P 210 377 381 403 1 MAK Schweiz 10000 ml m 3 oder 6700 mg m 3 7 Treibhauspotential 28 bezogen auf 100 Jahre 8 Thermodynamische EigenschaftenDHf0 74 6 kJ mol gasformig 9 Soweit moglich und gebrauchlich werden SI Einheiten verwendet Wenn nicht anders vermerkt gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen Brechungsindex Na D Linie 20 C Es kommt in der Natur unter anderem als Hauptbestandteil von Erdgas vor Da es in Lagerstatten in grossen Mengen existiert ist es eine attraktive Energiequelle Der Transport erfolgt durch Pipelines oder als tiefgekuhlte Flussigkeit mittels Tankschiffen Des Weiteren kommt es als Methanhydrat gebunden am Meeresboden und in Permafrostgebieten vor wobei die genaue Menge unbekannt ist Methan dient als Heizgas und ist in der chemischen Industrie als Ausgangsstoff fur technische Synthesen wie etwa der Methanolherstellung oder der Herstellung von halogenierten Methanderivaten von grosser Bedeutung Es wird weiterhin zur Herstellung von Wasserstoff im grossindustriellen Massstab verwendet Das Gas entsteht in betrachtlichen Mengen durch biotische Prozesse entweder anaerob durch Mikroorganismen oder aerob durch Phytoplankton Pflanzen und Pilze Anthropogene Quellen sind indirekt etwa der Reisanbau und die Schaf und Rinderzucht Abiotische Quellen wie Waldbrande oder Vulkanausbruche setzen ebenfalls Methan frei Methan ist der meist vertretene Kohlenwasserstoff in der irdischen Atmosphare wobei die Konzentration sowohl zwischen der Nord und Sudhalbkugel als auch jahreszeitlich schwankt Als Treibhausgas besitzt Methan ein hohes Treibhauspotential Es trug zur klimageschichtlichen Erderwarmung bei und beeinflusst die aktuelle globale Erwarmung In der Erdatmosphare wird es zu Wasser Formaldehyd und schliesslich zu Kohlenstoffdioxid oxidiert Methan ist Bestandteil der Atmosphare anderer Planeten und Monde und wurde sowohl in Kometen als auch im interstellaren Medium nachgewiesen Inhaltsverzeichnis 1 Etymologie 2 Geschichte 2 1 Altertum und Spatmittelalter 2 2 17 bis 19 Jahrhundert 2 3 20 Jahrhundert 3 Vorkommen 3 1 Irdisch 3 2 Ausserirdisch 3 2 1 Mars 3 2 2 Titan 3 2 3 Enceladus 4 Gewinnung und Darstellung 4 1 Gewinnung als Erdgas 4 2 Gewinnung als Biogas 4 3 Gewinnung aus Methanhydrat 4 4 Methanisierung 4 5 Laborsynthesen 5 Eigenschaften 5 1 Physikalische Eigenschaften 5 2 Molekulare Eigenschaften 5 3 Chemische Eigenschaften 6 Verwendung 6 1 Verwendung als Brenn und Kraftstoff 6 2 Verwendung als Chemierohstoff 6 2 1 Dampfreformierung und partielle Oxidation 6 2 2 Thermokatalytische Zersetzung 6 2 3 Herstellung von Ethin 6 2 4 Herstellung von Kohlenstoffdisulfid 6 2 5 Herstellung von Cyanwasserstoff 6 2 6 Herstellung von Halogenmethanen 7 Biologische Bedeutung 7 1 Methanogene Archaeen 7 2 Methanotrophe Mikroben 7 3 Zoo und Phytoplankton 8 Umweltrelevanz 8 1 Atmospharenchemie 8 2 Treibhauspotenzial 8 3 Methanquellen 8 3 1 Hydraulic Fracturing 8 3 2 Permafrost 8 3 3 Ol und Kohlegewinnung und Transport 8 3 4 Reisanbau Ziegen Schaf und Rinderzucht 9 Sicherheitsaspekte 10 Nachweis 11 Literatur 12 Weblinks 13 EinzelnachweiseEtymologie BearbeitenDer Name Methan leitet sich von Methylene her Dies war der Name den die franzosischen Chemiker Jean Baptiste Dumas und Eugene Melchior Peligot 1834 der Flussigkeit die heute als Methanol bezeichnet wird gaben er setzt sich seinerseits aus altgriechisch me8y methy fur Wein berauschendes Getrank und ὕlh hyle fur Holz zusammen 10 Der deutsche Chemiker August Wilhelm von Hofmann schlug 1866 in einer englischen Veroffentlichung erstmals eine systematische Nomenklatur vor wonach der Name fur das Gas sich von Methylene ableitete und Methane genannt werden sollte 11 Daraus entstand die deutsche Form Methan In alten Texten wurde Methan gelegentlich als Methylwasserstoff bezeichnet Geschichte BearbeitenAltertum und Spatmittelalter Bearbeiten Ruine des Apollon Tempels in Delphi Methan speist als Bestandteil von austretendem Erdgas sogenannte Ewige Feuer Diese wurden so genannt da das Vorhandensein einer Flamme in historischen Aufzeichnungen uber lange Zeitraume berichtet wurde 12 Diese Feuer treten oft in erdolfuhrenden Gebieten mit tektonischen Verwerfungen auf etwa in Chimaira Lykien Bereits seit 2000 v Chr sind diese Feuer bekannt Bei dem ewigen Feuer in Baba Gurgur im Irak handelt es sich moglicherweise um den Feuerofen der bereits in der Bibel im Buch Daniel beschrieben ist und in den Konig Nebukadnezar Daniels Begleiter Shadrach Meshach und Abednego warf weil sie sich weigerten eine goldene Statue anzubeten Dan 3 23 EU 13 Das Orakel von Delphi befand sich im Apollon Tempel der um etwa 1000 vor Christus uber einer ewigen Flamme errichtet wurde Moglicherweise erfolgten die Wahrsagungen der Pythia unter Einfluss der Inhalation von narkotisch wirkenden Gasen wie Methan Ethan und Ethen als Pneuma bezeichnet die in Spuren in einer dort vorhandenen Quelle nachgewiesen wurden 14 Methan als Bestandteil des Erdgases wurde bereits im 4 Jahrhundert vor Christus in China energetisch zum Eindampfen von Salzsole verwendet Zum Teil traten aus den Bohrlochern sowohl Methan als auch Sole aus zum Teil wurde das Gas mittels Bambuspipelines von sogenannten trockenen Bohrlochern aus zur Soleverarbeitung herangefuhrt 15 Die Natur des Gases war damals unbekannt aber es war den Alchemisten im Mittelalter bekannt als Bestandteil von Faulnisgasen auch als Sumpfluft bezeichnet Das Auftreten von Schlagwettern einem Gasgemisch aus Methan und Luft war im Untertagebau schon fruh als Gefahr bekannt da eine Zundquelle eine Schlagwetterexplosion auslosen konnte 17 bis 19 Jahrhundert Bearbeiten Alessandro Volta Im Februar 1659 untersuchte der Englander 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 Phanomen verursachte Er vermutete dass das Gas aus einer darunterliegenden Kohlelagerstatte stammte und dass es Grubengas war 16 Volta Pistole Der Priester Carlo Giuseppe Campi wies im Herbst 1776 Alessandro Volta auf das Phanomen der entflammbaren Luft hin die an einer Biegung des Flusses Lambro aufstieg Dieses Phanomen war bereits einige Jahre zuvor von Antoine Laurent de Lavoisier Benjamin Franklin und Joseph Priestley untersucht und beschrieben worden Volta versuchte in den Sumpfen des Lago Maggiore den Boden mit Hilfe eines Stocks umzuruhren wobei er Gasblasen aufsteigen sah Er sammelte das Gas in Flaschen welches er mittels eines von ihm entwickelten Eudiometers quantitativ untersuchte Volta entwickelte auch die sogenannte Volta Pistole ein Eudiometer in dem eine Luft Methan Mischung gezundet werden konnte Er schlug 1777 vor die Volta Pistole als eine Art Fernschreiber zu nutzen Uber eine Drahtleitung zwischen Mailand und Como sollte ein elektrischer Impuls ein Luft Methan Gemisch in Volta Pistolen zur Explosion bringen wobei eine Reihe solcher Entladungen einen alphanumerischen Code zur Informationsubertragung darstellen wurde 17 Seine Untersuchungen beschrieb Volta in als Buch herausgegebenen Briefen an Carlo Campi 18 Um 1800 begannen Versuche zur Verwendung von Stadtgas einer Mischung aus Methan Kohlenstoffmonoxid Wasserstoff und Stickstoff fur die Strassenbeleuchtung William Henry untersuchte zu dieser Zeit die Eigenschaften von Mischungen brennbarer Gase etwa ihre Loslichkiet in Flussigkeiten in Abhangigkeit vom Partialdruck Diese Arbeiten fuhrten zur Formulierung des Henry Gesetzes Er bestimmte die relative Leuchtkraft von Gasen und die Unterschiede ihrer Zusammensetzung Seine Ergebnisse bestatigten die Vermutung John Daltons uber die Zusammensetzung von Methan und Ethen und dass Kohlenstoff und Wasserstoff nur in bestimmten Verhaltnissen miteinander verbunden sind 19 Felling Mine im spaten 19 Jahrhundert Nach dem Grubenungluck von Felling Tyne and Wear im Jahr 1812 einem der grossten Grubenunglucke der damaligen Zeit stellte Humphry Davy fest dass das gefurchtete Grubengas hauptsachlich aus Methan bestand Der Verlust von 92 Menschenleben war eine der Triebfedern fur die Entwicklung der Davy Lampe mit Flammsieb 20 Um 1821 fand William Hart der als Vater des Erdgases gilt in Fredonia die erste Erdgasquelle in den Vereinigten Staaten 21 Das Gas wurde lokal fur Beleuchtungszwecke genutzt Hart grundete 1858 die erste US amerikanische Erdgasgesellschaft die Fredonia Gas Light Company 20 Jahrhundert Bearbeiten Mit Beginn der Erdolforderung wurde Methan als Hauptbestandteil des gleichzeitig geforderten Erdgases meist am Bohrlochkopf abgefackelt Eine der ersten grossen Pipelines wurde im Jahr 1891 gebaut Sie war 193 Kilometer lang und verband Erdgasbohrungen in Indiana mit Chicago Zu Beginn des Ausbaus und intensiveren Nutzung der Erdgaspipelines in den 1930er Jahren wurde Methanhydrat in den Erdgaspipelines gefunden das sich aus Methan und Wasser bildete und die Pipelines verstopfte Erst nach dem Zweiten Weltkrieg erlaubten Fortschritte in der Pipelinetechnik den Ausbau einer Pipelineinfrastruktur und der Nutzung von Methan als Bestandteil der Erdgases zur industriellen Nutzung sowie zur privaten Nutzung zu Heiz und Kochzwecken 22 Mit steigendem globalem Energiebedarf wurde Methan ein stetig wachsender Faktor der Weltprimarenergieproduktion Zwischen 1980 und 1990 stieg der Anteil von etwa 18 auf etwa 22 23 Vorkommen BearbeitenIrdisch Bearbeiten Atmospharische Methanverteilung im August 2005 gemessen mit dem Atmospheric Infrared Sounder AIRS an Bord des Aqua Satelliten 24 Methan war neben Ammoniak und Wasserdampf ein Hauptbestandteil der irdischen Uratmosphare Es kommt vielfaltig vor und wird auf der Erde standig neu gebildet etwa bei technischen biologischen oder geologischen Prozessen wie der Serpentinisierung 25 26 Die Methankonzentration in der Erdatmosphare hat sich vom Jahr 1750 bis zum Jahr 2018 von 0 73 auf 1 869 ppm mehr als verdoppelt und damit den hochsten Wert seit 800 000 Jahren erreicht 27 Seit dem Ausfall des Envisat Satelliten liefern der japanische Greenhouse Gases Observing Satellite GOSAT sowie das Tropomi Spektrometer des Sentinel 5P Satelliten Daten der globalen Verteilung der Methankonzentration in der Atmosphare Im Jahr 2023 ist der Beginn einer weiteren Sentinel Mission zur Beobachtung der Atmospharenzusammensetzung geplant In der Atmosphare reagiert Methan mit Sauerstoff zunachst zu Formaldehyd und gegebenenfalls zu Ozon 28 Durch weitere Oxidation entsteht schliesslich Kohlenstoffdioxid C H 4 4 O 2 C H 2 O 2 O 3 H 2 O displaystyle mathrm CH 4 4 O 2 longrightarrow CH 2 O 2 O 3 H 2 O C H 4 O 2 C H 2 O H 2 O displaystyle mathrm CH 4 O 2 longrightarrow CH 2 O H 2 O Ubersicht uber die anaerobe Verwertung von polymeren Substraten und Lipiden Mikroorganismen bilden einen grossen Teil des terrestrischen Methans Beim Faulen organischer Stoffe unter Luftabschluss in Sumpfen oder im Sediment auf dem Grund von Gewassern bildet sich Sumpfgas ein Gemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid Biogas enthalt etwa 60 Methan und etwa 35 Kohlenstoffdioxid neben geringeren Mengen Wasserstoff Stickstoff und Schwefelwasserstoff Die Bildung erfolgt oberflachennah biotisch einerseits anaerob im Zuge der Methanogenese vor allem aus Acetat aber auch unter anderem aus Kohlenstoffdioxid durch eine Gruppe von Archaeen den Methanogenen Sie nutzen einfache Verbindungen wie Kohlenstoffdioxid oder Methanol und reduzieren diese zu Methan wobei sie vor allem uber die damit verbundene Oxidation von Reaktionspartnern Energie gewinnen Beispielsweise werden bei der Bildung von Methan und Wasser aus CO2 und Wasserstoff H2 unter Standardbedingungen bei einem pH Wert von sieben etwa 131 kJ mol an Freier Enthalpie Gibbs Energie DG0 freigesetzt 29 C O 2 4 H 2 C H 4 2 H 2 O displaystyle mathrm CO 2 4 H 2 rightarrow CH 4 2 H 2 O Ein kleiner Teil der biotischen Entstehung basiert auf der aeroben Spaltung von Methylphosphonaten 30 31 Methanometer der Zeche Zollern Unterhalb der Oberflache der Erde entsteht Methan im tieferen Untergrund bei hohen Temperaturen und Drucken und wird meist bei vulkanischen Aktivitaten frei Als Bestandteil des Erdgases schwankt seine Konzentration je nach Lagerstatte zwischen 35 und 98 Andere Erdgasbestandteile konnen hohere Kohlenwasserstoffe besonders Ethan sein sowie Kohlenstoffdioxid und Stickstoff Das meist zusammen mit Erdol auftretende Nassgas enthalt Kohlenwasserstoffe wie Pentan Hexan Heptan und noch hohere Kohlenwasserstoffe wahrend trockenes Erdgas Methan als Hauptbestandteil enthalt Das in Steinkohlelagern eingeschlossene Grubengas enthalt hauptsachlich Methan 32 Es kann abiotisch thermal im Rahmen des Reifeprozesses von Kohle in der geochemische Phase der Inkohlung sowie aus allen Typen von Kerogenen und Erdol entstehen 33 2008 wurde nachgewiesen dass Methan aus den Lost City Hydrothermalquellen geochemischen Ursprungs ist 25 Methan das am Meeresgrund austritt reagiert unter hohem Druck und niedriger Temperatur mit Wasser zu festem Methanhydrat das auch als Methaneis bezeichnet wird Der Kohlenstoffgehalt der weltweiten Methanhydratvorkommen wurde Ende der 1980er Jahre etwa 11 000 Gigatonnen geschatzt der Kohlenstoffgehalt der nachgewiesenen Erdgas Kohle und Olreserven betragt etwa 5000 Gigatonnen 34 Neuere Schatzungen gehen von wesentlich geringeren Vorkommen aus wobei die Vorkommen auf etwa 1800 Gigatonnen Kohlenstoff geschatzt werden 35 36 37 Ausserirdisch Bearbeiten Methananteil in Planeten Atmospharen Planet AnteilErde 1 86 ppmMars 0 0105 ppmJupiter 38 2000 ppmSaturn 4500 2000 ppmUranus 39 20 40 000 ppmNeptun 15 000 5000 ppm Die Atmospharen der Planeten Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun und des Zwergplaneten Pluto enthalten ebenfalls Methan ebenso die Atmospharen von Monden wie Titan oder Enceladus 40 Nach Wasserstoff und Helium ist Methan die dritthaufigste Komponente der Uranusatmosphare Durch dessen Absorptionsbanden im roten Bereich und im nahen Infrarot erscheint Uranus aquamarin oder cyanfarben Die etwas helleren blauen Farbtone des Saturns sind wahrscheinlich auf denselben Effekt zuruckzufuhren 41 Ausserhalb unseres Sonnensystems ist Methan als erstes organisches Molekul auf dem Exoplaneten HD 189733 b vom Typ Hot Jupiter nachgewiesen worden 42 Die Absorptionsspektren von kuhlen Braunen Zwergen die als Methan T Zwerge bezeichnet werden werden von Methan und Wasser dominiert Daneben gibt es heissere sogenannte L Zwerge die ebenfalls Methanabsorptionsmerkmale aufweisen die jedoch schwacher sind als die der T Zwerge 43 Mars Bearbeiten 2009 wurde uber Methaneruptionen auf dem Mars berichtet in der Atmosphare des Mars wurde Methan nachgewiesen etwa 10 5 ppb 44 Da es sich normalerweise nicht in der Atmosphare halten kann und es keine Hinweise auf Meteoriten als Quelle gibt muss es auf dem Planeten neu gebildet worden sein was ein Indiz fur Leben auf dem Mars sein konnte 45 Das Methan konnte vulkanischen Ursprungs sein wofur auf dem Mars noch keine Hinweise gefunden wurden Eine methanreiche Ur Atmosphare auf dem Mars und der dadurch verursachte Treibhauseffekt konnte eine Erklarung fur das Paradoxon der schwachen jungen Sonne bieten Die in der Fruhzeit geringe Strahlungsleistung der jungen Sonne steht im Widerspruch zu einer Oberflachentemperatur auf dem Mars uber dem Gefrierpunkt von Wasser fur die es Hinweise durch Spuren von fliessenden und stehenden Gewassern in der Urgeschichte des Mars gibt 46 Titan Bearbeiten Mercatorprojektion des Saturnmonds Titan aufgenommen vom Huygens Lander in 10 Kilometern Hohe Im oberen mittleren Bereich sind Strukturen zu sehen die eventuell von Methanflussen stammen 14 Januar 2005 Siehe auch Methanseen auf Titan Auf dem Saturnmond Titan herrscht bei 180 C und etwa 1 6 Bar Atmospharendruck fast der Tripelpunkt des Methans Methan kann deshalb auf diesem Mond in allen drei Aggregatzustanden auftreten Es gibt Wolken aus Methan aus denen Methan regnet das durch Flusse darunter der Vid Flumina in Methanseen fliesst dort wieder verdunstet und so einen geschlossenen Methankreislauf bildet analog zum Wasserkreislauf auf der Erde Flussiges Methan ist fur Radarstrahlen durchsichtig so konnte die Raumsonde Cassini die Tiefe des Sees Ligeia Mare zu 170 m bestimmen 47 Wahrscheinlich gibt es auf diesen Seen Eisberge aus Methan und Ethan Diese schwimmen auf den Methanseen wenn sie mindestens 5 gasformigen Stickstoff enthalten Wenn die Temperatur nur geringfugig sinkt zieht sich der Stickstoff soweit zusammen dass das Eis zum Grund hinabsinkt Steigt die Temperatur wieder kann das Grundeis wieder zur Seeoberflache aufsteigen Bei bestimmten Temperaturen kann Oberflachen und Grundeis gleichzeitig vorkommen 48 49 Fur den Ontario Lacus einen See nahe dem Sudpol des Titan wurde als Hauptbestandteil Ethan nachgewiesen Enceladus Bearbeiten Enceladus stosst Eruptionssaulen von salzhaltigem Wasser aus das mit Ammoniak und Spuren von Methan und hoheren Kohlenwasserstoffen versetzt ist Dies wird als Resultat hydrothermaler Aktivitat in einem Ozean aus flussigen Wasser unter der Oberflache des Mondes gedeutet Dort konnten ahnliche chemischen Reaktionen ablaufen die das Leben in der Nahe von Hydrothermalquellen in der Tiefsee auf der Erde ermoglichen 50 Molekularer Wasserstoff der von methanogenen Mikroben verstoffwechselt werden kann ist ebenfalls vorhanden 51 Daher wurden mehrere Missionen vorgeschlagen um Enceladus weiter zu erforschen und seine Bewohnbarkeit zu beurteilen Gewinnung und Darstellung BearbeitenGewinnung als Erdgas Bearbeiten Hauptartikel Erdgas Hochfackel auf der Ula Plattform beim Verbrennen von Methan Neben Methan kann Erdgas andere Gase wie Ethan hohere Kohlenwasserstoffe Sauergase wie Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxid sowie Inertgase wie Stickstoff Helium und weitere Edelgase enthalten Sogenannte Trockene Erdgase enthalten etwa 75 bis 95 Methan Eine Abtrennung von anderen Kohlenwasserstoffkomponenten erfolgt meist nicht Sauergase und Inertgase werden dagegen abgetrennt Im 19 Jahrhundert trat Methan als Bestandteil des Erdgases zunachst als unerwunschtes Nebenprodukt der Erdolforderung auf Da es zu dieser Zeit keine genugenden Transport und Speichermedien fur die geforderten Mengen gab wurde es meist einfach in Gasfackeln verbrannt Diese Methode wird noch in der heutigen Zeit angewandt falls es keine kommerziell eintraglichen Alternativen gibt Zum Teil wird das Gas wieder zuruck in die Erde gepresst Alternativ kann es durch Abkuhlung verflussigt werden und als Flussigerdgas transportiert werden 52 Gewinnung als Biogas Bearbeiten Hauptartikel Biogas Biogas ist ein Gasgemisch das bei der mikrobiellen Zersetzung organischer Materie in Abwesenheit von Sauerstoff entsteht und zu etwa zwei Dritteln aus Methan und zu einem Drittel aus Kohlenstoffdioxid besteht 53 Biogas wird von Methanbildnern durch Methanogenese von landwirtschaftlichen und Grunabfallen Abwassern Lebensmittelabfallen sowie Abfallen aus der Viehzuchtindustrie gebildet und gilt als erneuerbare Energiequelle Das in Biogasanlagen erzeugte Methan kann etwa als Brennstoff verwendet werden 54 Gewinnung aus Methanhydrat Bearbeiten Hauptartikel Methanhydrat Eine Gewinnung des Methanhydrats konnte zur Losung irdischer Energieprobleme beitragen ist jedoch problematisch Ein besonderes Problem besteht zum Beispiel darin dass bei der Bergung viel Methan in die Erdatmosphare gelangen wurde und dort als sehr wirksames Treibhausgas zu einer weiteren Erwarmung und damit weiterer Freisetzung von Methan beitragen wurde Ausserdem ist die Forderung von Methanhydrat nicht ungefahrlich Erste Forderversuche sind bereits im Gange Die Folgen eines Raubbaus sind weitgehend ungeklart Forscher befurchten das Abrutschen der Kontinentalhange die zu grossen Teilen aus Methaneis das durch die Forderung instabil werden konnte bestehen Wegen der globalen Erwarmung und der damit verbundenen Meerwassererwarmung befurchten einige Forscher das Schmelzen und Verdampfen des Methanhydrats Das wurde zusatzlich Methan als Treibhausgas in die Erdatmosphare bringen und den anthropogenen Treibhauseffekt verstarken Die Freisetzung von Methan aus tauenden Permafrostboden ist ein weiteres Kippelement des Klimawandels 55 Methanisierung Bearbeiten Die Methanisierung oder Sabatier Prozess ist ein Prozess zur Erzeugung von synthetischem Erdgas Dabei werden Kohle oder andere Kohlenstoff haltige Materialien durch Kohlevergasung in Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid konvertiert welche mit Wasserstoff katalytisch zu Methan umgesetzt werden Diese Reaktion wurde im 19 Jahrhundert vom Franzosen und Nobelpreistrager Paul Sabatier entdeckt und nach ihm benannt 56 C O 3 H 2 C H 4 H 2 O D H 0 206 2 k J m o l displaystyle mathrm CO 3 H 2 rightarrow CH 4 H 2 O qquad Delta H 0 206 2 mathrm kJ mol C O 2 4 H 2 C H 4 2 H 2 O D H 0 165 0 k J m o l displaystyle mathrm CO 2 4 H 2 rightarrow CH 4 2 H 2 O qquad Delta H 0 165 0 mathrm kJ mol Die Reaktion wird nicht grosstechnisch zur Herstellung von Methan eingesetzt sie spielt jedoch eine Rolle beim Entfernen von Kohlenstoffmonoxid Spuren die in manchen Prozessen als Katalysatorgift wirken Laborsynthesen Bearbeiten Fur die Herstellung aus Aluminiumcarbid gibt es zwei Methoden Aluminiumcarbid kann dazu mit Wasser zu Aluminiumoxid und Methan umgesetzt werden oder mit Chlorwasserstoff zu Aluminiumchlorid und Methan Die Methoden werden meist nur im Labor eingesetzt 57 A l 4 C 3 12 H 2 O 4 A l O H 3 3 C H 4 displaystyle mathrm Al 4 C 3 12 H 2 O longrightarrow 4 Al OH 3 3 CH 4 A l 4 C 3 12 H C l 4 A l 3 12 C l 3 C H 4 displaystyle mathrm Al 4 C 3 12 HCl longrightarrow 4 Al 3 12 Cl 3 CH 4 Eine weitere Quelle fur die Darstellung im Labormassstab bietet die thermische Zersetzung von Natriumacetat C H 3 C O O N a N a O H N a 2 C O 3 C H 4 displaystyle mathrm CH 3 COONa NaOH longrightarrow Na 2 CO 3 CH 4 Eigenschaften BearbeitenPhysikalische Eigenschaften Bearbeiten Methan schmilzt bei 182 6 C und siedet bei 161 7 C Aufgrund der unpolaren Eigenschaften ist es in Wasser kaum loslich in Ethanol und Diethylether lost es sich jedoch gut Schmelzwarme und Verdampfungswarme betragen 1 1 kJ mol und 8 17 kJ mol Der Heizwert Hi liegt bei 35 89 MJ m 3 beziehungsweise 50 013 MJ kg 1 Die Standardentropie betragt 188 J mol 1 K 1 die Warmekapazitat 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 58 Bei der Abkuhlung von Methan bei normalem Druck entsteht Methan I Dabei handelt es sich um einen kubisch kristallisierenden Stoff Raumgruppe Fm3 m Raumgruppen Nr 225 Vorlage Raumgruppe 225 Die Positionen der Wasserstoffatome sind nicht fixiert das heisst die Methanmolekule konnen frei rotieren Deshalb handelt es sich um einen plastischen Kristall 59 Molekulare Eigenschaften Bearbeiten Im Methan betragen die Bindungswinkel 109 5 Ausschnitt aus dem Infrarotspektrum von Methan In den Absorptionsbanden um ca 3000 cm 1 links finden sich die Ubergange der Pentade in der um ca 1300 cm 1 rechts jene der Dyade Das Methanmolekul besteht aus einem Kohlenstoffatom C an welches vier Wasserstoffatome H kovalent gebunden sind was es zum einfachsten Vertreter der Alkane CnH2n 2 mit n 1 macht Im Zentrum des Molekuls liegt das C Atom um das herum die H Atome tetraedrisch im Abstand von 108 7 Picometer pm angeordnet sind Die im Falle des Methanmolekuls optimal realisierte Tetraederstruktur mit einem zeitgemittelten H C H Bindungswinkel von 109 5 ist fur den Aufbau gesattigter Kohlenwasserstoffe grundlegend und steht daher meist am Beginn jeder Einfuhrung in die Organische Chemie Qualitativ lasst sich diese regelmassige Anordnung der vier gleichen H Atome um das zentrale C Atom bereits im einfachen VSEPR Bild verstehen da auf diese Weise die H Atome und damit die entlang der C H Bindungsachsen erhohten Elektronendichten die grosstmogliche Entfernung zueinander einnehmen was Abstossungseffekte minimiert Die vier gleichlangen C H Bindungen lassen sich im Rahmen einer lokalisierten Valenzbindungstheorie mithilfe von Hybridorbitalen so beschreiben Das C Atom ist sp3 hybridisiert die vier C H s Bindungen kommen durch paarweise Uberlappung je eines der vier sp3 Hybridorbitale mit dem 1s Orbital je eines H Atoms zustande 60 Dieses Modell mit vier energetisch aquivalenten Orbitalen ist jedoch nicht in der Lage das experimentell ermittelte Elektronenspektrum von Methan zu erklaren und widerspricht auch theoretischen Berechnungen 61 Eine Beschreibung die Theorie und Experiment in Einklang bringt liefert die Molekulorbitaltheorie So erhalt man als Elektronenkonfiguration von Methan im Grundzustand 1a1 2 2a1 2 1t2 6 wobei das Molekulorbital 1a1 im Wesentlichen dem kernnahen 1s Atomorbital des C Atoms entspricht Die beiden unterschiedlichen Energieniveaus fur Valenzelektronen das relativ energiearme 2a1 Orbital sowie das dreifach entartete t2 HOMO entsprechen den gemessenen Ionisierungsenergien von 23 und 14 Elektronenvolt 62 Aufgrund der Tetraedersymmetrie lassen sie sich im Rahmen eines LCAO Ansatzes mit symmetrieadaptierten Linearkombinationen der H 1s Orbitale entwickeln Durch Uberlagerung aller so formulierten Molekulorbitale erhalt man auch hier wieder vier aquivalente C H Bindungen wie aus dem Hybridorbitalmodell 63 Dichteplots im Grundzustand besetzter Molekulorbitale von Methan auf dem CCSD T cc pVQZ Niveau 1a1 2a1 1t2 1t2 1t2 Die mittels Infrarot und Raman Spektroskopie gewonnenen Messergebnisse stimmen mit einer Tetraedersymmetrie uberein Es gibt vier Normalmoden fur Molekulschwingungen bei etwa 2914 1534 3018 und 1306 cm 1 die mit n1 n2 n3 und n4 bezeichnet werden Die Schwingungen n2 nur bei Wechselwirkungen mit anderen Molekulen das heisst Symmetriestorung n3 und n4 sind infrarotaktiv 64 65 Das messbare Schwingungsspektrum setzt sich aus Linearkombinationen dieser Normalmoden zusammen die im Bereich bis 4800 cm 1 zu jeweils einer Dyade 66 zwei Kombinationen im Bereich 940 1850 cm 1 Pentade 67 funf Kombinationen im Bereich 2150 3350 cm 1 und Octade acht Kombinationen im Bereich 3550 4800 cm 1 gruppiert werden konnen zuzuglich einiger Ubergange zwischen angeregten Zustanden unterschiedlicher Polyaden sog hot bands 68 69 Chemische Eigenschaften Bearbeiten Im Vergleich zu anderen Alkanen weist die C H Bindung im Methan eine hohere Bindungsenergie auf In Reaktionen mit radikalischer Abstraktion des Wasserstoffatoms ist Methan gewohnlich das am wenigsten reaktive Alkan Das Methylkation CH3 ist das instabilste Carbeniumion Daher ist Methan in Reaktionen unter Hydrid Abstraktion ebenfalls wenig reaktiv In Elektronentransferreaktionen reagiert Methan aufgrund seines hohen Ionisierungspotentials meist trage 23 Mit Eisen Kupfer oder Aluminiumatomen reagiert photochemisch angeregtes Methan in einer Methanmatrix bei tiefen Temperaturen unter Insertion des Metalls in die H C Bindung unter Bildung eines Metallkomplexes wie etwa H Fe CH3 70 Methan ist stabil gegenuber herkommlichen Sauren und Laugen Mit Supersauren wie Hexafluorantimonsaure lasst sich Methan zum Methaniumion CH5 protonieren Der Name Methanium wurde in Analogie zum Ammoniumion gewahlt 71 Mit Oxidationsmitteln wie Kaliumpermanganat oder Kaliumdichromat lasst es sich nicht oxidieren Mit Oxidationsmitteln wie Peroxodisulfaten oder Cer IV Salzen bildet Methan in Schwefelsaure einen Monomethylester CH3 OSO3H 72 Methan ist brennbar und verbrennt an der Luft mit blaulicher nicht russender Flamme Aus der Reaktion eines Methanmolekuls mit zwei Sauerstoffmolekulen entstehen zwei Wasser und ein Kohlenstoffdioxidmolekul Es kann explosionsartig mit Sauerstoff oder Chlor reagieren wozu eine Initialzundung Zufuhr von Aktivierungsenergie oder Katalyse erforderlich ist Mit Sauerstoff geht Methan unterschiedliche Reaktionen ein je nachdem wie viel Sauerstoff fur die Reaktion zur Verfugung steht Nur bei genugend grossem Sauerstoffangebot ist eine vollstandige Verbrennung des Methans mit optimaler Energieausbeute moglich 73 C H 4 2 O 2 C O 2 2 H 2 O D H 0 802 4 k J m o l 1 displaystyle mathrm CH 4 2 O 2 rightarrow CO 2 2 H 2 O qquad Delta H 0 802 4 mathrm kJ cdot mol 1 Bei ungenugender Sauerstoffzufuhr hingegen entstehen Nebenprodukte wie Kohlenstoffmonoxid CO und Kohlenstoff Russ Ferner ist in diesem Fall die Nutzenergie geringer 2 C H 4 3 O 2 2 C O 4 H 2 O displaystyle mathrm 2 CH 4 3 O 2 rightarrow 2 CO 4 H 2 O C H 4 O 2 C 2 H 2 O displaystyle mathrm CH 4 O 2 rightarrow C 2 H 2 O Mit Chlor und Brom geht Methan unter Lichteinfluss Substitutionsreaktion ein wobei die Wasserstoffatome durch Halogenatome ersetzt werden Bei einer solchen Reaktion kommt es oft zu Mehrfachsubstitutionen da das zunachst gebildete monohalogenierte Produkt tendenziell schwachere H C Bindungen aufweist als Methan selbst und daher selektiv weiter oxidiert wird Iodverbindungen lassen sich durch Halogenaustausch herstellen Mit Dampf bildet sich bei hohen Temperaturen und unter Katalyse Wasserstoff Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid Diese sogenannte Dampfreformierung ist der technische Prozess mit dem technisch Wasserstoff und Synthesegas hergestellt werden Bei Temperaturen von etwa 2000 C bildet sich bei schneller Abkuhlung Ethin Ohne Abkuhlung zerfallt Methan ab etwa 1100 C in die Elemente 74 Bei einer Temperatur von etwa 1200 C reagiert Methan mit Ammoniak zu Cyanwasserstoff und Wasserstoff 75 Verwendung Bearbeiten Erdgasverbrauch der Vereinigten Staaten von 1949 bis 2020 76 Methan wird vorwiegend als Heizgas zur Warmeerzeugung und zum Betrieb von Motoren durch Verbrennung genutzt Die Verwendung von Methan als Bestandteil von Erdgas stieg von 1950 bis 2020 etwa um den Faktor 5 76 Neben Methan aus Erdgas wird zu diesem Zweck Biogas Biomethan mit einem Methangehalt von etwa 50 bis 70 aus Mist Gulle Klarschlamm oder organischem Abfall gewonnen Fruher wurde Methan durch Pyrolyse von Holz gewonnen bei der Holzgas entsteht Holzvergasung Holzgas das unter anderem Methan enthalt diente wegen des Erdolmangels 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 Verwendung als Brenn und Kraftstoff Bearbeiten Durch das hohe Verhaltnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff im Methan wird bei der Verbrennung eine grossere Menge an Energie pro freigesetztem Kohlenstoffdioxidmolekul geliefert als von flussigen Kohlenwasserstoffen auf Basis von Erdol deren ungefahres Verhaltnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff etwa zwei betragt oder von Kohle mit einem ungefahren Wasserstoff zu Kohlenstoffverhaltnis von eins Durch das hohe molare Verhaltnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff von 4 1 im Methan wird bei der Verbrennung von Methan eine grossere Menge an Energie pro freigesetztem Kohlenstoffdioxidmolekul geliefert als bei allen anderen kohlenstoffhaltigen Energietragern C O 2 C O 2 D H S 393 5 k J m o l 1 displaystyle mathrm C O 2 rightarrow CO 2 qquad Delta H S 393 5 mathrm kJ cdot mol 1 77 C H 4 2 O 2 C O 2 2 H 2 O D H S 890 4 k J m o l 1 displaystyle mathrm CH 4 2 O 2 rightarrow CO 2 2 H 2 O qquad Delta H S 890 4 mathrm kJ cdot mol 1 77 Bei Verwendung von Methan als alternativem Kraftstoff in Motoren werden etwa 2 des Methans nicht verbrannt und mussen durch einen Fahrzeugkatalysator umgesetzt werden Vor der Einfuhrung einer Abgasnachbehandlung und schwefelfreien Kraftstoffs hatten methanbasierte Kraftstoffe ein geringeres Versauerungs und Eutrophierungspotential sowie geringere Effekte auf die menschliche Gesundheit als die Verbrennung von Dieselkraftstoff Dies war auf die geringeren Stickoxidemissionen bei der Verbrennung zuruckzufuhren 78 In Fahrzeugen nach der aktuellen Abgasnorm sind die Emissionen nach der Abgasnachbehandlung unabhangig vom Kraftstoff auf ahnlichem Niveau Verwendung als Chemierohstoff Bearbeiten Methan dient als wichtiges Ausgangsprodukt fur die technische Synthese von Ethin Cyanwasserstoff Schwefelkohlenstoff Halogenalkane und vielen anderen organischen Verbindungen Methan ist ein wichtiger Rohstoff fur die Herstellung von Wasserstoff sowie Kohlenstoffmonoxid Die Folgechemie von Wasserstoff Kohlenstoffmonoxid Gemischen ist vielfaltig Sie werden unter anderem zur Herstellung von Methanol oder in der Fischer Tropsch Synthese fur die Herstellung von Alkanen genutzt Dampfreformierung und partielle Oxidation Bearbeiten Hauptartikel Dampfreformierung Dampfreformierung mit partieller Oxidation CO Konvertierung und Kohlenstoffdioxidabsorption Primarreformer Sauerstoffeinspeisung Sekundarreformer CO Konvertierung Waschturm Methan Kohlenstoffmonoxid Wasserstoff 2 1 Kohlenstoffmonoxid Wasserstoff 1 1 Wasserstoff Methanolsynthese Hydroformylierung Haber Bosch Verfahren Methanol Oxo Produkte Ammoniak Oxidation Formaldehyd Losemittel Dunger Harze Folgeprodukte der Dampfreformierung von Methan Auswahl Die Dampfreformierung die partielle Oxidation und die Wassergas Shift Reaktion sind grosstechnische durchgefuhrte Reaktionen Das zunachst entstehende Produkt der Dampfreformierung ist ein als Synthesegas bezeichnetes Gasgemisch das unter anderem fur die Produktion von Methanol verwendet wird C H 4 H 2 O C O 3 H 2 D H 206 2 k J m o l displaystyle mathrm CH 4 H 2 O rightarrow CO 3 H 2 qquad Delta H 206 2 mathrm kJ mol Die partielle Oxidation von Methan wird ebenfalls als katalytisches Verfahren durchgefuhrt Dabei reagiert Methan mit Sauerstoff in einer exothermen Reaktion zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff Der Energiebedarf der partiellen Oxidation ist daher geringer ist als bei der Dampfreformierung erfordert jedoch den Einsatz von reinem Sauerstoff als Reaktand Weiterhin besteht die Gefahr einer Explosion bei instabilen Prozessbedingungen 79 2 C H 4 O 2 2 C O 4 H 2 displaystyle mathrm 2 CH 4 O 2 rightarrow 2 CO 4 H 2 Eine Kombination beider Prozesse bei der die partielle Oxidation den Energiebedarf der Dampfreformierung deckt wird Autothermale Reformierung genannt 79 Ist Wasserstoff das Zielprodukt wird das entstandene Kohlenstoffmonoxid mit weiterem Wasser in einem sogenannten Sekundarreformer einer Wassergas Shift Reaktion zu Kohlenstoffdioxid und weiterem Wasserstoff umgesetzt 80 Als Katalysatoren dienen Eisen III oxid Kontakte C O H 2 O C O 2 H 2 D H R 298 0 41 2 k J m o l displaystyle mathrm CO H 2 O rightleftharpoons CO 2 H 2 qquad Delta H R 298 0 41 2 mathrm kJ mol Der im Jahr 2010 hergestellte Wasserstoff wurde zu 98 durch Dampfreformierung hergestellt 81 Die Folgeprodukte der Dampfreformierung und der partiellen Oxidation sind vielfaltig Je nach Kohlenstoffmonoxid zu Wasserstoffverhaltnis wird das Synthesegas zur Methanolherstellung oder zur Hydroformylierung von Olefinen eingesetzt 82 83 Reiner Wasserstoff wird zur Produktion von Ammoniak im Haber Bosch Verfahren oder fur Hydrierungen eingesetzt Thermokatalytische Zersetzung Bearbeiten Bei den genannten drei Verfahren fallt entweder Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid als weiteres Produkt an 81 Eine Kohlenstoffdioxid freie Route zu Wasserstoff besteht in der thermischen oder thermokatalytischen Zersetzung von Methan in Kohlenstoff und Wasserstoff 81 Die Herstellung von Wasserstoff aus Methan unter Abtrennung von Kohlenstoff bietet einen Weg Energie aus Wasserstoff durch Verbrennung oder in Brennstoffzellen ebenfalls ohne Kohlenstoffdioxid zu erzeugen C H 4 C 2 H 2 75 6 k J m o l displaystyle mathrm CH 4 longrightarrow C 2 H 2 75 6 mathrm kJ mol Als Katalysator dient Nickel der entweder als Netz oder als Nickelsalz auf verschiedenen Tragern eingesetzt werden kann Gegenuber dem rein thermischen Zerfall der bei etwa 1200 C stattfindet liegt das Temperaturniveau der thermokatalytischen Zersetzung bei etwa 500 bis 600 C Herstellung von Ethin Bearbeiten Fur die Herstellung von Ethin aus Methan sind verschiedene Prozesse entwickelt worden etwa die autotherme Verbrennung im Sachsse Bartholome Verfahren 84 Die Herstellung von Ethin gelingt weiterhin durch die thermische Spaltung von Methan im Lichtbogen bei Temperaturen von 2000 bis 3000 C gemass folgender Gleichung 74 2 C H 4 C 2 H 2 3 H 2 D H 0 398 k J m o l 1 displaystyle mathrm 2 CH 4 rightarrow C 2 H 2 3 H 2 qquad Delta H 0 398 mathrm kJ cdot mol 1 Als Nebenprodukt fallt Russ an Die oxidative Kopplung von Methan zu Ethin durch die Reaktion mit Sauerstoff ist ebenfalls moglich die Selektivitat zu Ethin ist mit 20 eher gering 74 Herstellung von Kohlenstoffdisulfid Bearbeiten Methan geht ausser mit Sauerstoff noch vielfaltige weitere Reaktionen ein etwa mit Schwefel Die Reaktion zu Kohlenstoffdisulfid lauft bei einer Temperatur von etwa 600 C in Gegenwart von Kieselgel oder Aluminiumoxidkatalysatoren ab C H 4 4 S C S 2 2 H 2 S displaystyle mathrm CH 4 4 S rightarrow CS 2 2 H 2 S Kohlenstoffdisulfid wird im grossen Umfang zur Produktion von Kunstseide verwendet 85 Herstellung von Cyanwasserstoff Bearbeiten Hauptartikel BMA Verfahren und Andrussow Verfahren Beim Andrussow Verfahren reagiert Methan mit Ammoniak in Gegenwart von Sauerstoff zu Cyanwasserstoff und Wasser 2 C H 4 2 N H 3 3 O 2 2 H C N 6 H 2 O displaystyle mathrm 2 CH 4 2 NH 3 3 O 2 rightarrow 2 HCN 6 H 2 O Beim BMA Verfahren der Degussa reagiert Methan mit Ammoniak in Gegenwart eines Platin Katalysators bei Temperaturen von etwa 1200 C direkt zu Cyanwasserstoff C H 4 N H 3 H C N 3 H 2 displaystyle mathrm CH 4 NH 3 rightarrow HCN 3 H 2 Cyanwasserstoff wird zur Herstellung von Adiponitril einem Zwischenprodukt fur die Herstellung von Nylon 6 6 durch Hydrocyanierung verwendet der katalytischen Addition von Cyanwasserstoff an 1 3 Butadien 86 Die Herstellung von Acetoncyanhydrin erfolgt durch die katalytische Addition von Cyanwasserstoff an Aceton Weiterhin werden die a Aminosaure DL Methionin die Verwendung in der Futtermittel Supplementierung findet sowie der Heterocyclus Cyanurchlorid aus Cyanwasserstoff hergestellt Herstellung von Halogenmethanen Bearbeiten Hauptartikel Photochlorierung Photochemischer Laborreaktor Die Chlorierung von Methan kann katalytisch thermisch oder photochemisch erfolgen Bei der Chlorierung nach allen drei Prozessen entstehen neben Chlormethan auch die hohere chlorierten Produkte Dichlormethan Chloroform und Tetrachlormethan Die hoher substituierten Produkte entstehen bereits zu Beginn der Reaktion wenn noch genugend unreagiertes Methan vorliegt Die Reaktion ist stark exotherm mit etwa 100 Kilojoule pro Substitutionsreaktion 87 C H 4 C l 2 C H 3 C l H C l displaystyle mathrm CH 4 Cl 2 longrightarrow CH 3 Cl HCl mit DRH 103 5 kJ mol 1 C H 3 C l C l 2 C H 2 C l 2 H C l displaystyle mathrm CH 3 Cl Cl 2 longrightarrow CH 2 Cl 2 HCl mit DRH 102 5 kJ mol 1 C H 2 C l 2 C l 2 C H C l 3 H C l displaystyle mathrm CH 2 Cl 2 Cl 2 longrightarrow CHCl 3 HCl mit DRH 99 2 kJ mol 1 C H C l 3 C l 2 C C l 4 H C l displaystyle mathrm CHCl 3 Cl 2 longrightarrow CCl 4 HCl mit DRH 94 8 kJ mol 1 Die Photochlorierung von Methan lauft bei Belichtung unter Beteiligung von Methyl und Chlorradikalen als Kettentrager nach dem folgenden Schema ab C l 2 h n C l C l K e t t e n s t a r t displaystyle mathrm Cl 2 xrightarrow h nu Cl cdot cdot Cl quad Kettenstart C l C H 4 C H 3 H C l K e t t e n f o r t p f l a n z u n g displaystyle mathrm Cl cdot CH 4 longrightarrow cdot CH 3 HCl quad Kettenfortpflanzung C H 3 C l 2 C l C H 3 C l K e t t e n f o r t p f l a n z u n g displaystyle mathrm CH 3 cdot Cl 2 longrightarrow cdot Cl CH 3 Cl quad Kettenfortpflanzung C l C H 3 C H 3 C l K e t t e n a b b r u c h displaystyle mathrm Cl cdot cdot CH 3 longrightarrow CH 3 Cl quad Kettenabbruch C l C l C l 2 K e t t e n a b b r u c h displaystyle mathrm Cl cdot cdot Cl longrightarrow Cl 2 quad Kettenabbruch Hoherhalogenierte Produkte entstehen nach dem selben Schema wobei die gezielte Synthese von Chloroform bevorzugt uber die Chlorierung von Aceton und die Synthese von Tetrachlormethan uber die Chlorierung von Kohlenstoffdisulfid erfolgt C H 3 C l C l 2 C H 2 C l 2 H C l displaystyle mathrm CH 3 Cl Cl 2 longrightarrow CH 2 Cl 2 HCl Dichlormethan C H 2 C l 2 C l 2 C H C l 3 H C l displaystyle mathrm CH 2 Cl 2 Cl 2 longrightarrow CHCl 3 HCl Chloroform C H C l 3 C l 2 C C l 4 H C l displaystyle mathrm CHCl 3 Cl 2 longrightarrow CCl 4 HCl Tetrachlormethan Die chlorierten Methanderivate finden vielfaltige industrielle Anwendung Methylchlorid wird zur Herstellung von Methylzellulose verwendet fruher wurde es zur Herstellung von Tetramethylblei verwendet Dichlormethan wird vor allem als Losungsmittel verwendet Brommethan wird in der Schadlingsbekampfung zu Bodenbegasung und Begasung von Transportbehaltern eingesetzt Biologische Bedeutung BearbeitenMethanogene Archaeen Bearbeiten Hauptartikel Methanogenese Methanogeneszyklus mit Zwischenstufen Die Methanogenese in Methanbildnern aus der Domane der Archaeen oder Urbakterien ist eine Form der anaeroben Atmung Als Kohlenstoffquelle dienen zum Beispiel Kohlenstoffdioxid Essigsaure sowie C1 Verbindungen wie Methanol und Ameisensaure Der uberwiegende Teil des irdischen Methans stammt aus der biotischen Methanogenese durch die Reduktion von Kohlenstoffdioxid durch biologisch erzeugten Wasserstoff sowie durch den Zerfall von Essigsaure in Kohlenstoffdioxid und Methan durch Essigsaure spaltende acetoklastische Methanbildner 88 89 Methanotrophe Mikroben Bearbeiten Methan wird durch bestimmte methanotrophe Prokaryoten etwa Methylococcus capsulatus in Gewassern und Boden mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert Es kann sich dabei um Bakterien oder Archaeen handeln die unter aeroben oder anaeroben Bedingungen wachsen Diese Umsetzung ist exergon und die Prokaryoten nutzen sie als Energiequelle Diese sind oft in der Nahe von Methanquellen zu finden etwa in Feuchtgebieten oder in aquatischen Umgebungen 90 Aufgrund ihrer Rolle als Methansenke welche die Freisetzung von Methan in die Atmosphare reduziert wird ihr moglicher positiver Einfluss auf die Reduktion der globalen Erwarmung untersucht In den Hohlen und unterirdischen Flussen der Halbinsel Yucatan ist Methan die treibende Kraft fur das dortige Leben Das im Wasser geloste Methan wird durch Bakterien umgewandelt und stellt somit die Grundlage des lokalen Nahrungsnetzes dar Die dort lebenden Krebstiere beispielsweise beziehen bis zu 21 ihrer Nahrung indirekt uber methanotrophe Mikroben aus Methan 91 Die Umsetzung des Methans erfolgt unter anderem uber das Enzym Methan Monooxygenase welches die Oxidation zu Methanol katalysiert Die Methan Monooxygenase liegt in einer loslichen Form mit zwei sauerstoffverbruckten Eisenatomen im aktiven Zentrum und einer unloslichen Form vor die ein Kupferatom im aktiven Zentrum enthalt 92 Zoo und Phytoplankton Bearbeiten Meeresalgen wie Emiliania huxleyi und andere Haptophyta produzieren im Ozean signifikante Mengen Methan Versuche mit 13C markierten Substraten wie Hydrogencarbonat methylierten Schwefelverbindungen wie Dimethylsulfid Dimethylsulfoxid und Methioninsulfoxid fuhrten zur Bildung von 13C angereichertem Methan Feldstudien etwa im Pazifischen Ozean zeigten dass die Methanproduktion durch Algen wahrscheinlich ein haufig ablaufender und wichtiger Prozess in marinen Oberflachengewassern ist 93 Zooplankton setzt bei der Konsumtion von Algen ebenfalls Methan frei das vermutlich im Verdauungstrakt gebildet wird Ein moglicher Mechanismus ist Umsetzung neu gebildeter Methylamine wie Methylamin und Trimethylamin 94 Umweltrelevanz Bearbeiten Entwicklung der Methankonzentration am Vulkan Mauna Loa auf Hawaii Methan Konzentration in der Erdatmosphare seit 800 000 vor unserer Zeit Methan konnte als Treibhausgas vor etwa 252 Mio Jahren das grosste Massenaussterben des Phanerozoikums mit verursacht habe Der Anstieg seiner Konzentration in der Erdatmosphare in der Moderne ist einer der Aspekte des Anthropozans Laut zweier Studien des Global Carbon Project stammten 2017 mehr als 60 der Methan Emissionen aus der menschlichen Wirtschaft 95 96 Atmospharenchemie Bearbeiten Da das farb und geruchlose Gas eine geringere Dichte als Luft aufweist steigt es in die hoheren Schichten der Erdatmosphare auf Dort wirkt es als Treibhausgas wobei es 20 bis 30 mal wirkungsvoller ist als Kohlenstoffdioxid wobei es in viel geringeren Mengen als dieses in der Atmosphare vorkommt In einer sauerstoffhaltigen Atmosphare wird Methan langsam oxidiert insbesondere durch Hydroxyl Radikalen zu Kohlenstoffdioxid und Wasser Dieser Prozess ist langsam die Halbwertszeit wird auf 12 Jahre geschatzt 8 97 Laut anderen Schatzungen betragt die atmospharische Verweildauer 8 15 Jahre und ist verglichen mit anderen Treibhausgasen kurz 98 Treibhauspotenzial Bearbeiten Sein Treibhauspotenzial ist dabei auf einen Zeitraum von 100 Jahren bezogen 28 mal hoher als das der gleichen Gewichtsmenge Kohlenstoffdioxid Nach einer neueren Untersuchung betragt dieser Faktor 33 wenn Wechselwirkungen mit atmospharischen Aerosolen berucksichtigt werden 8 99 Auf einen Zeitraum von 20 Jahren bezogen steigt dieser Faktor auf 84 Methan tragt rund 20 bis 30 zum anthropogenen Treibhauseffekt bei 100 Nach Einschatzung des Umweltprogramms der Vereinten Nationen konnte mit Massnahmen gegen Methan Emissionen erreicht werden dass die mittlere globale Temperatur bis 2045 um fast 0 3 C langsamer anwachst als erwartet 100 Im Vergleich zu Kohlendioxid wird Methan nach kurzerer Zeit in der Erdatmosphare abgebaut 101 Methanquellen Bearbeiten Globaler Methankreislauf 2016 Global Carbon Project Die Methankonzentrationen stiegen zwischen 2000 und 2006 jahrlich um etwa 0 5 ppb seit 2006 mit einer mehr als zehnfach hoheren Rate 102 Damit ist weit mehr Methan in der Erdatmosphare als jemals wahrend der letzten 650 000 Jahre 103 Eine im Februar 2020 erschienene Studie von Forschern der University of Rochester sieht starke Indizien dafur dass rund zehnmal weniger Methan auf naturliche Weise aus geologischen Quellen austritt als bislang angenommen Im Umkehrschluss hat die Forderung fossiler Energien Ol Gas und Kohle einen deutlich hoheren Anteil an den Methanemissionen 104 Jahrlich werden auf der Erde etwa 600 Millionen Tonnen Methan emittiert In Deutschland sank die Emission zwischen 1990 und 2018 von 121 2 Millionen Tonnen auf etwa 52 6 Millionen Tonnen CO2 Aquivalent 105 Anfang 2014 berichtete das Forschungsmagazin Science nach einer Meta Studie von uber 200 Studien dass die US amerikanische Umweltschutzbehorde Environmental Protection Agency EPA den Methangas Ausstoss in den USA seit 20 Jahren zu gering angegeben habe In den USA wurden jahrlich 40 Millionen Tonnen mehr in die Atmosphare emittiert als bisher offiziell angenommen sowohl aus naturlichen Quellen wie auch aus der Viehhaltung von beispielsweise 88 Millionen Rindern im Land sowie aus Lecks in Forderanlagen und Pipelines Basierend auf Daten aus Feldmessungen werden die jahrlichen Methanemissionen aus der Ol und Gaslieferkette auf etwa 13 Millionen Tonnen pro Jahr geschatzt und liegen damit 60 uber den Schatzungen der US Umweltschutzbehorde Bei der Ol und Gasproduktion sind die gemessenen Emissionen sogar doppelt so hoch wie die behordlichen Schatzwerte Mittels des Tropomi Spektrometers wurden allein im Permian Basin in Texas 2018 eine jahrliche Emission von 2 9 0 5 Millionen Tonnen gemessen 106 Unklar ist bislang 2014 wieweit die fehlerhaften Angaben Einfluss auf die Rechenmodelle zur Entwicklung des Weltklimas haben 107 Hydraulic Fracturing Bearbeiten Der Ausstoss von Methan hat besonders in den Vereinigten Staaten signifikant zugenommen Dieser konnte mit der Forderung von Schiefergas durch Hydraulic Fracturing Fracking zusammenhangen 108 109 Es gibt erhebliche Unsicherheiten uber das Ausmass der Methanleckagen im Zusammenhang mit Hydraulic Fracturing und Hinweise darauf dass die Leckagen die Vorteile der Verbrennung von Erdgas gegenuber anderen fossilen Brennstoffen zunichtemachen konnten Laut einer 2020 veroffentlichten Studie emittieren Fracking Anlagen doppelt so viel Methan wie zuvor geschatzt Fur die Hydraulic Fracturing Anlagen in Pennsylvania wird eine Leckagerate von etwa 10 angenommen die als reprasentativ fur die Hydraulic Fracturing Industrie in den USA im Allgemeinen angesehen wird Die Methanemissionen im Gebiet der Marcellus Formation wurden pro Jahr zu etwa 0 67 Millionen Tonnen bestimmt 110 Permafrost Bearbeiten Die Freisetzung von Methan aus Permafrost und vom Meeresboden ist eine mogliche Folge und eine weitere Ursache fur die globale Erwarmung 111 Aus arktischen Permafrostboden wird Methan sowohl geologischen als auch biologischen Ursprungs freigesetzt biogenes durch Umwandlung von Permafrost in Feuchtgebiete Biogenes Methan wird in Abhangigkeit von den Wetterbedingungen wie Temperatur und Sonneneinfall freigesetzt wahrend Methan geologischen Ursprungs unabhangig davon freigesetzt wird 112 Ol und Kohlegewinnung und Transport Bearbeiten Durch nicht bemerkte Lecks in Raffinerien und beim Transport von Ol und Gas durch Pipelines werden erhebliche Mengen Methan emittiert Die Internationale Energieagentur IEA in Paris schatzt diese Menge Ende 2017 auf rund 75 Mio Tonnen pro Jahr und damit 1 7 der Gesamtfordermenge 113 Studien deuten darauf hin dass die Methan Emissionen aus Kohleminen stark unterschatzt wurden 114 So wurde 2014 in der Gegend um Four Corners durch Satellitendaten eine gewaltige Methanemission aus nahe gelegenen Kohleabbaustatten detektiert 115 Mit geschatzten 600 000 Tonnen Methan pro Jahr sind die Emissionen grosser als die der gesamten britischen Ol Gas und Kohleindustrie 116 Durch Leckagen in der Erdgasinfrastruktur kann es zu bedeutenden Freisetzungen von Methan kommen So fuhrte 2015 ein Leck in einer unterirdischen Speicheranlage im Aliso Canyon zu einer massiven Freisetzung von Erdgas bei der etwa 100 000 Tonnen Methan freigesetzt wurden 117 Bei einem Blowout in Ohio im Jahr 2018 wurden uber einen Zeitraum von 20 Tagen etwa 57 000 Tonnen Methan emittiert 118 Reisanbau Ziegen Schaf und Rinderzucht Bearbeiten Etwa 70 der mikrobiellen Methanemission der Erde ist auf menschliche Aktivitaten zuruckzufuhren Die Methanemissionen in der Landwirtschaft und bei der Tierhaltung gehen zu 39 auf die Rinderhaltung und zu 17 auf den Nassreisanbau zuruck Die Ernahrungs und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen FAO schrieb 2006 dem Viehwirtschaftssektor ein knappes Funftel der vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen zu etwas mehr als dem Transportsektor 119 Viele Pflanzen produzieren standig Methan und tragen so seit jeher zum Methangehalt der Atmosphare bei 120 Die archaeellen Methanbildner im Pansen wiederkauender Tiere sind fur die standige Neubildung von Methan verantwortlich Ein Hausrind stosst taglich etwa 150 bis 250 Liter Methan aus weil im Rindermagen Methanogene an der Zersetzung von Cellulose beteiligt sind Die Senkung der Methanemission von Kuhen durch Futterzusatze wird intensiv erforscht 121 122 123 124 125 Moglicherweise konnen die Methanemissionen der Wiederkauer durch spezielle Impfungen gesenkt werden 126 Die Methanbildung reduziert auch die Energie die den Tieren durch die Nahrungsaufnahme zur Verfugung gestellt wird und damit nicht fur die Produktion von Milch Fleisch oder Fasern zur Verfugung steht Schatzungen gehen von einem Energieverlust von etwa 6 bis 10 der Bruttoenergieaufnahme aus 127 Sicherheitsaspekte Bearbeiten Diagramm zur Entflammbarkeit von Methan Methan ist hoch entzundlich der Flammpunkt liegt bei 188 C die Zundtemperatur bei 595 C 1 Methan bildet bei einem Volumenanteil zwischen 4 4 und 16 5 in Luft explosive Gemische Durch unbemerktes Ausstromen von Erdgas kommt es immer wieder zu folgenschweren Gasexplosionen etwa die Explosion der New London School 1937 In Folge wurde die Beimengung von Methanthiol Tetrahydrothiophen oder ahnlichen leicht wahrnehmbaren Odoriermitteln zum Erdgas vorgeschrieben 128 Methanbehalter sollen an gut belufteten Orten aufbewahrt und von Zundquellen ferngehalten werden und es sollten Massnahmen gegen elektrostatische Aufladung getroffen werden Die gefurchteten Grubengasexplosionen in Kohlebergwerken sogenannte Schlagwetter sind auf Methan Luft Gemische zuruckzufuhren Methan wird um die Dichte zu erhohen unter hohem Druck in Gasflaschen bei 200 bar aufbewahrt Methan liegt in der handelsublichen 50 Liter Stahlflasche oder in Kraftfahrzeugtanks oft mit Kohlenstofffasern verstarktes Epoxidharz uber Aluminium Liner komprimiert auf 200 bar gasformig vor sogenanntes Compressed Natural Gas CNG 129 Der Schifftransport in grossen Mengen erfolgt in fast uberdrucklosen Membrantanks jedoch bei etwa 162 C tiefkalt verflussigt sogenanntes Liquified Natural Gas LNG 130 Schiffe mit Rohr und Kugeltanks transportieren Erdgas bei einem Druck von etwa 200 bis 300 bar und bei hoherer Temperatur 131 Methan wird bei tiefen Temperaturen flussig gelagert weil die Dichte dadurch enorm erhoht werden kann Aus diesem Grund kann es beim Austritt dieses gekuhlten Methans leicht zu Erfrierungen kommen Methan selbst ist ungiftig durch Verdrangung von Sauerstoff aus der normalen Atemluft jedoch kann die Aufnahme von Methan zu erhohter Atemfrequenz Hyperventilation und erhohter Herzfrequenz fuhren kurzzeitig niedrigen Blutdruck Taubheit in den Extremitaten Schlafrigkeit mentale Verworrenheit und Gedachtnisverlust auslosen alles hervorgerufen durch Sauerstoffmangel Methan fuhrt nicht zu bleibenden Schaden 132 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 BearbeitenDer Nachweis von Methan kann mittels Infrarotspektroskopie erfolgen Fur den Nachweis extraterrestrischer Vorkommen ist der infrarotspektroskopische Nachweis etabliert 133 Methan kann mittels Gaschromatographie und mit Gaschromatographie mit Massenspektrometrie Kopplung nachgewiesen und quantifiziert werden 134 Im Bergbau wurden fruher zur Warnung vor Schlagwettern verschiedene qualitative Nachweismethoden eingesetzt etwa die Davy Lampe mit Flammsieb Literatur BearbeitenEnoch Durbin Methane Fuel for the Future Plenum Press New York London 1982 ISBN 978 1 4684 4342 4 Reiner Wassman Rhoda S Lantin Heinz Ulrich Neue Methane Emissions from Major Rice Ecosystems in Asia Springer 2000 ISBN 978 0 7923 6765 9 Peter Pfeifer Roland Reichelt Hrsg H2O amp Co Organische Chemie Oldenbourg Munchen 2003 ISBN 3 486 16032 X Extrakapitel uber Methan und Informationen zu den anderen Alkanen Pflanzen eine vergessene Methanquelle In Bergbau Heft 1 2007 S 7 8 Digitalisat PDF Datei 72 2 kB Weblinks Bearbeiten Commons Methan Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Wiktionary Methan Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme UbersetzungenEinzelnachweise Bearbeiten 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 D H Ripin D A Evans pKa s of Inorganic and Oxo Acids PDF Abgerufen am 15 Juli 2014 englisch S Budavari u a The Merck Index 12 Auflage MERCK amp CO 1996 S 1018 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 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 Eintrag zu Methane im Classification and Labelling Inventory der Europaischen Chemikalienagentur ECHA abgerufen am 1 Februar 2016 Hersteller bzw Inverkehrbringer konnen die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern Schweizerische Unfallversicherungsanstalt Suva Grenzwerte Aktuelle MAK und BAT Werte Suche nach 74 82 8 bzw Methan abgerufen am 15 September 2019 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 David R Lide Hrsg CRC Handbook of Chemistry and Physics 97 Auflage Internet Version 2016 CRC Press Taylor and Francis Boca Raton FL Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances S 5 26 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 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 Giuseppe Etiope Agnieszka Drobniak Arndt Schimmelmann Natural seepage of shale gas and the origin of eternal flames in the Northern Appalachian Basin USA In Marine and Petroleum Geology 43 2013 S 178 186 doi 10 1016 j marpetgeo 2013 02 009 Mirella Galletti Kirkuk The Pivot of Balance in Iraq Past and Present In Journal of Assyrian Academic Studies 19 2 2005 S 21 42 Henry A Spiller John R Hale Jelle Z De Boer The Delphic Oracle A Multidisciplinary Defense of the Gaseous Vent Theory In Journal of Toxicology Clinical Toxicology 40 2002 S 189 196 doi 10 1081 CLT 120004410 David Curtis Wright The history of China Greenwood Press Westport 2001 ISBN 0 313 30940 X S 41 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 of London 2 1666 S 482 484 doi 10 1098 rstl 1666 0028 Anand Kumar Sethi The European Edisons Volta Tesla and Tigerstedt Palgrave McMillan 2016 ISBN 978 1 137 49220 3 S 9 12 Alessandro Volta Briefe uber die naturlich entstehende entzundbare Sumpfluft Wintherthur bey Heinrich Steiner und Compagnie 1778 Jaime Wisniak William Henry His Achievements and His Law In The Chemical Educator 6 2001 S 62 68 doi 10 1007 s00897000449a C Morton Observations on the Safety Lamp In Proceedings of the Yorkshire Geological Society 1 1839 S 21 25 doi 10 1144 pygs 1 21 S Faramawy T Zaki A A E Sakr Natural gas origin composition and processing A review In Journal of Natural Gas Science and Engineering 34 2016 S 34 54 doi 10 1016 j jngse 2016 06 030 History bei naturalgas org abgerufen am 17 Juli 2021 a b Robert H Crabtree Aspects of methane chemistry In Chemical Reviews 95 4 1995 S 987 1007 X Xiong F Weng Q Liu E Olsen Space borne observation of methane from atmospheric infrared sounder version 6 validation and implications for data analysis In Atmospheric Measurement Techniques Discussions 8 2015 S 8563 8597 doi 10 5194 amtd 8 8563 2015 a b Giora Proskurowski Martin D Lilley Jeffery S Seewald Gretchen L Fruh 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 William Martin Alles hat einen Anfang auch die Evolution Hydrothermalquellen und der Ursprung des Lebens PDF 945 kB In Biologie in unserer Zeit 3 2009 39 S 166 173 doi 10 1002 biuz 200910391 Bing Xie Hua Zhang Dong Dong Yang Zhi Li Wang A modeling study of effective radiative forcing and climate response due to increased methane concentration In Advances in Climate Change Research 7 2016 S 241 246 doi 10 1016 j accre 2016 12 001 Cristina Prados Roman u a Atmospheric formaldehyde at El Teide and Pic du Midi remote high altitude sites In Atmospheric Environment 234 2020 S 117618 doi 10 1016 j atmosenv 2020 117618 U Deppenmeier V Muller Life close to the thermodynamic limit how methanogenic archaea conserve energy In Gunter Schafer Harvey S Penefsky Hrsg Bioenergetics Energy Conservation and Conversion Results and Problems in Cell Differentiation Volume 45 Springer 2008 ISBN 978 3 540 78622 1 S 123 152 PMID 17713742 doi 10 1007 400 2006 026 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 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 Fred N Kissell u a Handbook for methane control in mining DHHS NIOSH Publication No 2006 127 NIOSH Publications Dissemination Cincinnati S 3 7 M J Hunt Petroleum geochemistry and geology 2 Auflage W H Freeman and Company New York 1995 Keith A Kvenvolden Methane hydrate A major reservoir of carbon in the shallow geosphere In Chemical Geology 71 1988 S 41 51 doi 10 1016 0009 2541 88 90104 0 C D Ruppel J D Kessler The interaction of climate change and methane hydrates In Reviews of Geophysics 55 2017 S 126 168 doi 10 1002 2016RG000534 Bruce Buffett David Archer Global inventory of methane clathrate sensitivity to changes in the deep ocean In Earth and Planetary Science Letters 227 2004 S 185 199 doi 10 1016 j epsl 2004 09 005 A V Milkov Global estimates of hydrate bound gas in marine sediments how much is really out there In Earth Science Reviews Vol 66 2004 S 183 197 Andres Guzman Marmolejo Antigona Segura Methane in the Solar System In Boletin de la Sociedad Geologica Mexicana 67 3 2015 S 377 385 L A Sromovsky E Karkoschka P M Fry H B Hammel I de Pater K Rages Methane depletion in both polar regions of Uranus inferred from HST STIS and Keck NIRC2 observations In Icarus 238 2014 S 137 155 doi 10 1016 j icarus 2014 05 016 J H Waite Cassini Ion and Neutral Mass Spectrometer Enceladus Plume Composition and Structure In Science 311 2006 S 1419 1422 doi 10 1126 science 1121290 Jonathan I Lunine The Atmospheres of Uranus and Neptune In Annual Review of Astronomy and Astrophysics 31 1993 S 217 263 doi 10 1146 annurev aa 31 090193 001245 Astronomers Detect First Organic Molecule on an Exoplanet auf jpl nasa gov englisch 19 Marz 2008 abgerufen am 20 Marz 2008 S K Leggett u a The missing link Early methane T dwarfs in the Sloan Digital Sky Survey In The Astrophysical Journal Letters 536 1 2000 S L35 L38 M J Mumma G L Villanueva R E Novak T Hewagama B P Bonev M A DiSanti A M Mandell M D Smith Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003 In Science 323 2009 S 1041 1045 doi 10 1126 science 1165243 Kenneth Chang NASA Rover on Mars Detects Puff of Gas That Hints at Possibility of Life In The New York Times 22 Juni 2019 ISSN 0362 4331 R Wordsworth u a Transient reducing greenhouse warming on early Mars In Geophysical Research Letters 44 2017 S 665 671 doi 10 1002 2016GL071766 NASA s Cassini Spacecraft Reveals Clues About Saturn Moon Auf jpl nasa gov 12 Dezember 2013 abgerufen am 27 Dezember 2013 Ralph Mirko Richter Eisschollen auf der Oberflache der Titan Seen In Raumfahrer net 13 Januar 2013 abgerufen am 11 Juni 2013 Cassini Suggests Icing on a Lake Auf jpl nasa gov 8 Januar 2013 abgerufen am 11 Juni 2013 Antonin Affholder u a Bayesian analysis of Enceladus s plume data to assess methanogenesis In Nature Astronomy 6 2021 S 2397 doi 10 1038 s41550 021 01372 6 J Hunter Waite u a Cassini finds molecular hydrogen in the Enceladus plume Evidence for hydrothermal processes In Science 356 2017 S 155 159 doi 10 1126 science aai8703 Jinrui Zhang Hans Meerman Rene Benders Andre Faaij Comprehensive review of current natural gas liquefaction processes on technical and economic performance In Applied Thermal Engineering 166 2020 S 114736 doi 10 1016 j applthermaleng 2019 114736 H Markl H Friedmann Biogasproduktion In Garabed Antranikian Angewandte Mikrobiologie Springer Berlin Heidelberg 2006 ISBN 978 3 540 24083 9 S 459 487 Anelli Petersson Arthur Wellinger Biogas upgrading technologies developments and innovations In IEA bioenergy 20 2009 S 1 19 Christian Gutt Brennendes Eis Methanhydrat Energiequelle der Zukunft oder Gefahr furs Klima In Physikalische Blatter 57 9 2001 S 49 54 Paul Sabatier Senderens Compte Rendu Acad Sci Band 134 1902 S 689 Colin Campbell Albert Parker CXXXVI The preparation and analysis of methane In J Chem Soc Trans 103 1913 S 1292 1297 doi 10 1039 CT9130301292 R Bini G Pratesi High pressure infrared study of solid methane Phase diagram up to 30 GPa In Physical Review B 55 22 1997 S 14800 14809 Visualisierung der Kristallstruktur von Methan als Feststoff J Huheey E Keiter R Keiter Anorganische Chemie Prinzipien von Struktur und Reaktivitat Walter de Gruyter Berlin New York 2003 ISBN 3 11 017903 2 S 174 179 Feng Wang Molecular orbitals of methane symmetry or hybridization In THEOCHEM 2004 Band 678 Nr 1 3 S 105 111 doi 10 1016 j theochem 2004 02 042 S A C Clark T J Reddish C E Brion E R Davidson R F Frey The valence orbital momentum distributions and binding energy spectra of methane by electron momentum spectroscopy Quantitative comparisons using near Hartree Fock limit and correlated wavefunctions In Chemical Physics 1990 Band 143 Nr 1 S 1 10 doi 10 1016 0301 0104 90 85001 D Catherine E Housecroft Alan G Sharpe Anorganische Chemie Pearson Munchen u a 2006 ISBN 3 8273 7192 9 S 125 126 E K Plyler E D Tidwell L R Blaine Infrared Absorption Spectrum of Methane From 2470 to 3200 cm In Journal of Research of the National Bureau of Standards Section A Physics and Chemistry Band 64A Nummer 3 1960 May Jun S 201 212 doi 10 6028 jres 064A 021 PMID 32196187 PMC 5287146 freier Volltext Johann Weidlein Ulrich Muller Kurt Dehnicke Schwingungsspektroskopie Eine Einfuhrung 2 uberarb Auflage Thieme Stuttgart 1988 ISBN 3 13 625102 4 S 134 135 C Roche J P Champion Analysis of dyad dyad transitions of 12CH4 and 13CH4 In Canadian Journal of Physics 1991 Band 69 Nr 1 S 40 51 doi 10 1139 p91 007 J C Hilico J P Champion S Toumi V G Tyuterev S A Tashkun New Analysis of the Pentad System of Methane and Prediction of the Pentad Pentad Spectrum In Journal of Molecular Spectroscopy 1994 Band 168 Nr 2 S 455 476 doi 10 1006 jmsp 1994 1293 Hans Martin Niederer Sieghard Albert Sigurd Bauerecker Vincent Boudon Jean Paul Champion Martin Quack Global Analysis of the Infrared Spectrum of 13CH4 Lines in the Region 0 to 3200 cm 1 In Chimia 2008 Band 62 Nr 4 S 273 276 doi 10 2533 chimia 2008 273 S Albert S Bauerecker V Boudon L R Brown J P Champion M Loete A Nikitin M Quack Global analysis of the high resolution infrared spectrum of methane 12CH4 in the region from 0 to 4800 cm 1 In Chemical Physics 2009 Band 356 Nr 1 3 S 131 146 doi 10 1016 j chemphys 2008 10 019 Geoffrey A Ozin John G McCaffrey J Mark Parnis Photochemistry of Transition Metal Atoms Reactions with Molecular Hydrogen and Methane in Low Temperature Matrices In Angewandte Chemie International Edition in English 25 1986 S 1072 1085 doi 10 1002 anie 198610721 Clinton R King u a Supermetal SbF5 mediated methane oxidation occurs by C H activation and isobutane oxidation occurs by hydride transfer In Dalton Transactions 48 45 2019 S 17029 17036 Ayusman Sen Mark A Benvenuto Minren Lin Alan C Hutson Naomi Basickes Activation of Methane and Ethane and Their Selective Oxidation to the Alcohols in Protic Media In Journal of the American Chemical Society 116 1994 S 998 1003 doi 10 1021 ja00082a022 Standardreaktionsenthalpie fur die Verbrennung von Methan und diversen Erdolprodukten vgl S 3 ff in Herbert Mayr Vorlesung 9 Erdolverarbeitung PDF Datei 190 kB LMU Munchen Physikalisch organische Chemie 2006 a b c Duy Khoe Dinh Dae Hoon Lee Young Hoon Song Sungkwon Jo Kwan Tae Kim Muzammil Iqbal Hongjae Kang Efficient methane to acetylene conversion using low current arcs In RSC Advances 9 2019 S 32403 32413 doi 10 1039 c9ra05964d F Endter Die technische Synthese von Cyanwasserstoff aus Methan und Ammoniak ohne Zusatz von Sauerstoff Chemieingenieurtechnik Nr 30 1958 S 305 310 doi 10 1002 cite 330300506 a b Natural Gas Consumption bei U S Energy Information Administration abgerufen am 12 Juli 2021 a b Rudolph Hopp Grundlagen der Chemischen Technologie fur Praxis und Berufsbildung Wiley VCH Weinheim 2001 ISBN 3 527 29998 X S 452 Selma K Bengtsson Erik Fridell Karin E Andersson Fuels for short sea shipping A comparative assessment with focus on environmental impact In Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part M Journal of Engineering for the Maritime Environment 228 2013 S 44 55 doi 10 1177 1475090213480349 a b L S Neiva A Study on the Characteristics of the Reforming of Methane A review In Brazilian Journal of Petroleum and Gas 2010 S 119 127 doi 10 5419 bjpg2010 0013 Trevor L LeValley Anthony R Richard Maohong Fan The progress in water gas shift and steam reforming hydrogen production technologies A review In International Journal of Hydrogen Energy 39 2014 S 16983 17000 doi 10 1016 j ijhydene 2014 08 041 a b c Hazzim F Abbas W M A Wan Daud Hydrogen production by methane decomposition A review In International Journal of Hydrogen Energy 35 2010 S 1160 1190 doi 10 1016 j ijhydene 2009 11 036 Martin Bertau Heribert Offermanns Ludolf Plass Friedrich Schmidt Hans Jurgen Wernicke Methanol The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future Asinger s Vision Today 750 Seiten Verlag Springer 2014 ISBN 978 3 642 39709 7 S 52 Boy Cornils Hydroformylierung Oxo Synthese In J Falbe U Hasserodt Katalysatoren Tenside und Mineraloladditive Georg Thieme Verlag 1978 ISBN 3 13 552601 1 S 108 111 Ernst Bartholome Probleme grosstechnischer Anlagen zur Erzeugung von Acetylen nach dem Sauerstoff Verfahren In Chemie Ingenieur Technik CIT 26 1954 S 253 258 doi 10 1002 cite 330260503 Manchiu D S Lay Mitchell Sauerhoff Donald R Saunders Carbon Disulfide In Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley VCH Weinheim 2000 doi 10 1002 14356007 a05 185 Dirk Steinborn Grundlagen der metallorganischen Komplexkatalyse Teubner Wiesbaden 2007 ISBN 978 3 8351 0088 6 S 261 263 Ivan Ernest Bindung Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie Springer Verlag 1972 ISBN 3 211 81060 9 S 297 306 R Conrad Contribution of hydrogen to methane production and control of hydrogen concentrations in methanogenic soils and sediments In FEMS Microbiology Ecology 28 1999 S 193 202 doi 10 1111 j 1574 6941 1999 tb00575 x R Hedderich W B Whitman Biogeochemistry of Methanogenesis In Salvator Eduardo Acevedo Monroy The Prokaryotes Volume 2 Ecophysiology and Biochemisty Springer New York 2006 ISBN 978 0387 25492 0 S 1052 1079 R S Hanson T E Hanson Methanotrophic bacteria In Microbiological Reviews 60 1996 S 439 471 doi 10 1128 mr 60 2 439 471 1996 D Brankovits u a Methane and dissolved organic carbon fueled microbial loop supports a tropical subterranean estuary ecosystem In Nature Communications 8 2017 S 1 12 doi 10 1038 s41467 017 01776 x Matthew O Ross Amy C Rosenzweig A tale of two methane monooxygenases In JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry 22 2017 S 307 319 doi 10 1007 s00775 016 1419 y T Klintzsch G Langer G Nehrke A Wieland K Lenhart F Keppler Methane production by three widespread marine phytoplankton species release rates precursor compounds and potential relevance for the environment In Biogeosciences 16 2019 S 4129 4144 doi 10 5194 bg 16 4129 2019 Marie A de Angelis Cindy Lee Methane production during zooplankton grazing on marine phytoplankton In Limnology and Oceanography 39 1994 S 1298 1308 doi 10 4319 lo 1994 39 6 1298 R B Jackson M Saunois P Bousquet J G Canadell B Poulter A R Stavert P Bergamaschi Y Niwa A Segers A Tsuruta Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources In Environmental Research Letters 2020 Band 15 S 071002 doi 10 1088 1748 9326 ab9ed2 Marielle Saunois u a The Global Methane Budget 2000 2017 In Earth System Science Data 2020 Band 12 S 1561 1623 doi 10 5194 essd 12 1561 2020 Treibhausgase Umweltbundesamt 6 Juni 2019 abgerufen am 29 Februar 2020 A V Dzyuba A V Eliseev I I Mokhov Estimates of changes in the rate of methane sink from the atmosphere under climate warming In Izvestiya Atmospheric and Oceanic Physics 48 2012 S 332 342 doi 10 1134 S0001433812020041 D T Shindell G Faluvegi D M Koch G A Schmidt N Unger S E Bauer Improved attribution of climate forcing to emissions In Science 326 Nr 5953 2009 S 716 718 a b Joachim Wille Der machtige Hebel beim Klimaschutz In Klimareporter de 11 Mai 2021 Methan Emissionen Forscher empfehlen schnelle Reduzierung In Der Spiegel Abgerufen am 27 April 2021 Environmental Research Letters doi 10 1088 1748 9326 11 12 120207 Nach deutschlandfunk de Forschung aktuell Meldungen 12 Dezember 2016 Klimawandel Die Methankonzentrationen in der Atmosphare steigen derzeit ungewohnlich schnell 20 Juni 2017 S Solomon D Qin M Manning Z Chen M Marquis K B Averyt M Tignor and H L Miller eds ipcc ch The Physical Science Basis Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change PDF 3 9 MB In IPCC 2007 Summary for Policymakers In Climate Change 2007 Cambridge University Press Cambridge United Kingdom and New York NY USA Benjamin Hmiel u a Preindustrial 14CH4 indicates greater anthropogenic fossil CH4 emissions In Nature 578 2020 S 409 412 doi 10 1038 s41586 020 1991 8 Treibhausgas Emissionen in Deutschland Umweltbundesamt 25 April 2019 abgerufen am 29 Februar 2020 Yuzhong Zhang u a Quantifying methane emissions from the largest oil producing basin in the United States from space In Science Advances 6 2020 S eaaz5120 doi 10 1126 sciadv aaz5120 Silke Hasselmann USA haben den Ausstoss des Klimagases Methan zu niedrig angegeben Memento vom 27 Februar 2014 im Internet Archive auf Deutschlandfunk 14 Februar 2014 20 Februar 2014 Robert W Howarth Ideas and perspectives is shale gas a major driver of recent increase in global atmospheric methane In Biogeosciences 16 2019 S 3033 doi 10 5194 bg 16 3033 2019 Stephen Leahy Fracking boom tied to methane spike in Earth s atmosphere In National Geographic 15 August 2019 abgerufen am 20 August 2019 Xinrong Ren u a Methane Emissions from the Marcellus Shale in Southwestern Pennsylvania and Northern West Virginia Based on Airborne Measurements In Journal of Geophysical Research Atmospheres 124 2019 S 1862 1878 doi 10 1029 2018JD029690 Scientists shocked by Arctic permafrost thawing 70 years sooner than predicted In The Guardian ISSN 0261 3077 Abruf 18 Juni 2019 Katrin Kohnert Andrei Serafimovich Stefan Metzger Jorg Hartmann Torsten Sachs Strong geologic methane emissions from discontinuous terrestrial permafrost in the Mackenzie Delta Canada In Scientific Reports 7 2017 S 5828 doi 10 1038 s41598 017 05783 2 Volker Mrasek Methanverluste Lecks in der Ol und Gasindustrie In Deutschlandfunk Deutschlandradio 6 Dezember 2017 abgerufen am 8 Dezember 2017 Josh Gabbatiss Coal mines emit more methane than oil and gas sector study finds Carbon Brief 24 Marz 2020 abgerufen am 29 Marz 2020 englisch Jillian Ambrose Methane emissions from coalmines could stoke climate crisis study In The Guardian 15 November 2015 ISSN 0261 3077 mbe Satellitenbild der Woche Riesiges Methanleck in den USA entdeckt In spiegel de 11 Oktober 2014 abgerufen am 11 Oktober 2014 S Conley G Franco I Faloona D R Blake J Peischl T B Ryerson Methane emissions from the 2015 Aliso Canyon blowout in Los Angeles CA In Science 351 2016 S 1317 1320 doi 10 1126 science aaf2348 Sudhanshu Pandey u a Satellite observations reveal extreme methane leakage from a natural gas well blowout In Proceedings of the National Academy of Sciences 116 2019 S 26376 doi 10 1073 pnas 1908712116 Livestock s Long Shadow Environmental Issues and Options en FAO 2006 Rom Kurzfassung en Pflanzen mit schlechtem Atem Auf wissenschaft de vom 12 Januar 2006 D N Kamra N Agarwal P C Sakthivel L C Chaudhary Garlic as a rumen modifier for eco friendly and economic livestock production In Journal of Applied Animal Research 40 2012 S 90 96 doi 10 1080 09712119 2011 607764 Margarida R G Maia Antonio J M Fonseca Hugo M Oliveira Carla Mendonca Ana R J Cabrita The Potential Role of Seaweeds in the Natural Manipulation of Rumen Fermentation and Methane Production In Scientific Reports 6 32321 2016 doi 10 1038 srep32321 Robert D Kinley Rocky de Nys Matthew J Vucko Lorenna Machado Nigel W Tomkins The red macroalgae Asparagopsis taxiformis is a potent natural antimethanogenic that reduces methane production during in vitro fermentation with rumen fluid In Animal Production Science 56 2016 S 282 289 doi 10 1071 AN15576 Breanna M Roque Joan K Salwen Rob Kinley Ermias Kebreab Inclusion of Asparagopsis armata in lactating dairy cows diet reduces enteric methane emission by over 50 percent In Journal of Cleaner Production 234 2019 S 132 doi 10 1016 j jclepro 2019 06 193 Breanna M Roque Marielena Venegas Robert D Kinley Rocky de Nys Toni L Duarte Xiang Yang Ermias Kebreab James E Wells Red seaweed Asparagopsis taxiformis supplementation reduces enteric methane by over 80 percent in beef steers In PLOS ONE 16 2021 S e0247820 doi 10 1371 journal pone 0247820 Victoria Baca Gonzalez Patricia Asensio Calavia Sergio Gonzalez Acosta Jose Manuel Perez de la Lastra Antonio Morales de la Nuez Are Vaccines the Solution for Methane Emissions from Ruminants A Systematic Review In Vaccines 8 2020 S 460 doi 10 3390 vaccines8030460 Livestock methane and nitrogen emissions bei Agriculture viv gov au abgerufen am 11 Juli 2021 Julien Mouli Castillo Georgina Orr James Thomas Nikhil Hardy Mark Crowther R Stuart Haszeldine Mark Wheeldon Angus McIntosh A comparative study of odorants for gas escape detection of natural gas and hydrogen In International Journal of Hydrogen Energy 46 2021 S 14881 14893 doi 10 1016 j ijhydene 2021 01 211 Michael J Economides Kai Sun Gloria Subero Compressed Natural Gas CNG An Alternative to Liquefied Natural Gas LNG In SPE Production amp Operations 21 2006 S 318 324 doi 10 2118 92047 PA A Rojey C Jaffret u a Natural Gas Production Processing Transport Institut Francais du Petrole Publications Editions Technip Paris 1997 ISBN 978 2 7108 0693 6 S 319 Rodolfo Taccani Gabriele Maggiore Diego Micheli Development of a Process Simulation Model for the Analysis of the Loading and Unloading System of a CNG Carrier Equipped with Novel Lightweight Pressure Cylinders In Applied Sciences 10 2020 S 7555 doi 10 3390 app10217555 Dietrich Henschler Toxikologie chlororganischer Verbindungen der Einfluss von Chlorsubstituenten auf die Toxizitat organischer Molekule Verlag Chemie Weinheim New York Basel Cambridge Tokio 1994 ISBN 3 527 29262 4 S 11 K Kawara B Gregory T Yamamoto H Shibai Infrared spectroscopic observation of methane in Comet P Halley In Astronomy and Astrophysics 207 1 1988 S 174 181 bibcode 1988A amp A 207 174K Lee Marotta Denis Yates Methane Ethylene and Ethane in Water by Headspace Gas Chromatography HS GC with Flame Ionization Detection FID Abgerufen am 26 Oktober 2014 unverzweigte Alkane Methan Ethan Propan Butan Pentan Hexan Heptan Octan Nonan Decan Undecan Dodecan Hohere Alkane Normdaten Sachbegriff GND 4169678 5 OGND AKS Dieser Artikel wurde am 18 August 2021 in dieser Version in die Liste der exzellenten Artikel aufgenommen Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Methan amp oldid 214867824, wikipedia, wiki, deutsches

deutschland

buch, bücher, bibliothek

artikel

lesen, herunterladen

kostenlos

kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele