CH₄ là gì?

CH₄ hay metan là hydrocacbon đơn giản nhất, thuộc dãy ankan (parafin), có công thức phân tử CH₄ và công thức cấu tạo là một nguyên tử cacbon liên kết với bốn nguyên tử hiđro. Metan là khí không màu, không mùi (trong trạng thái tinh khiết), nhẹ hơn không khí, và rất dễ cháy. Trong tự nhiên, metan là thành phần chính của khí thiên nhiên (chiếm khoảng 80–95%) và có vai trò quan trọng trong công nghiệp năng lượng.

Tính chất vật lí của khí metan

Tính chất hóa học của CH₄

Khí metan là một chất tương đối bền, nhưng có thể tham gia nhiều phản ứng hóa học đặc trưng của hydrocacbon no.

Phản ứng cháy

• Metan dễ cháy trong không khí, tạo ra CO₂ và H₂O, tỏa nhiều nhiệt CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (ΔH
• Đây là phản ứng tỏa nhiệt mạnh, là cơ sở để sử dụng metan làm nhiên liệu sinh nhiệt và phát điện.

Phản ứng thế

• Khi chiếu sáng hoặc có xúc tác, metan phản ứng với halogen (như clo) CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (ánh sáng).
• Phản ứng này có thể tiếp tục tạo ra các dẫn xuất khác như CH₂Cl₂, CHCl₃, CCl₄.

Phản ứng nhiệt phân

• Ở nhiệt độ cao (khoảng 1000°C), metan bị nhiệt phân CH₄ → C + 2H₂.
• Dùng trong sản xuất hydro và muội than công nghiệp.

khí metan có độc không ?

Metan không độc đối với cơ thể con người trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên, nó cực kỳ nguy hiểm.

• Là khí dễ cháy nổ, đặc biệt khi nồng độ trong không khí đạt 5–15%.
• Gây ngạt thở do chiếm chỗ của oxy, làm giảm nồng độ oxy trong không khí.
• Trong hầm mỏ, giếng sâu, metan tích tụ có thể gây nổ mỏ khí hoặc ngạt khí.

Ứng dụng của khí metan trong năng lượng

Metan là nguồn năng lượng hóa thạch quan trọng nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực năng lượng và công nghiệp.

• Dùng làm nhiên liệu sinh hoạt trong bếp gas, hệ thống sưởi, đun nấu.
• Tham gia vào sản xuất điện năng trong các nhà máy nhiệt điện khí.
• Là nguyên liệu hóa học quan trọng để tạo ra hydro (H₂), amoniac (NH₃) và methanol (CH₃OH).
• Được chuyển hóa thành khí đốt tự nhiên nén (CNG) và khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), hai dạng nhiên liệu sạch, dễ vận chuyển và có hiệu suất cao.

Ưu nhược điểm của khí metan

Ưu điểm

• Hiệu suất cháy cao, sinh ra nhiều năng lượng hơn so với phần lớn các loại nhiên liệu khác cùng khối lượng.
• Cháy sạch, ít tạo muội than, không chứa tạp chất lưu huỳnh nên giảm phát thải SO₂, hạn chế mưa axit.
• Phát thải CO₂ thấp hơn so với than đá và dầu mỏ khi đốt cùng một lượng năng lượng.
• Hạ tầng khai thác, vận chuyển, phân phối đã phát triển rộng (đặc biệt là đường ống và trạm LNG/CNG).
• Có thể kết hợp với năng lượng tái tạo, ví dụ dùng metan tổng hợp (biometan) từ chất thải hữu cơ để tạo nhiên liệu sạch, tái tạo.

Nhược điểm

• Là khí nhà kính mạnh, có khả năng giữ nhiệt gấp khoảng 28 lần CO₂ (theo IPCC, trong chu kỳ 100 năm).
• Rò rỉ metan trong khai thác và vận chuyển gây tác động lớn đến môi trường và biến đổi khí hậu.
• Phụ thuộc vào nguồn tài nguyên hóa thạch, dẫn đến nguy cơ cạn kiệt và mất cân bằng năng lượng lâu dài.
• Dễ cháy, dễ nổ khi gặp tia lửa hoặc trong môi trường kín, đòi hỏi hệ thống kiểm soát nghiêm ngặt.
• Quá trình hóa lỏng (LNG) và nén (CNG) tiêu tốn năng lượng, làm tăng chi phí đầu tư ban đầu.

Khí metan có ở đâu trong tự nhiên?

• Khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ hay khí tự nhiên, một phần nhỏ metan được sinh ra và thải vào khí quyển. Ngoài ra, cháy rừng cũng là một trong những nguyên nhân tạo ra lượng lớn khí metan.
• Trong quá trình tiêu hóa của động vật, đặc biệt là các loài nhai lại như bò, dê, cừu..., vi sinh vật trong dạ dày chúng tạo ra metan khi lên men thức ăn.
• Ở những nơi như ao hồ, đầm lầy, bãi rác, hầm cầu hay trầm tích dưới đáy biển, các vi khuẩn yếm khí phân hủy chất hữu cơ và sinh ra khí metan.
• Metan cũng là thành phần chính của khí tự nhiên và khí dầu mỏ, nên nó thường xuất hiện trong các mỏ khí, mỏ dầu.
• Ngoài ra, metan có thể tích tụ trong giếng sâu, hang động, hố ngầm. Những nơi này thiếu thông gió nên khí dễ bị dồn lại, gây nguy cơ ngạt hoặc cháy nổ cao.

Khí metan (CH₄) là một hợp chất tự nhiên quan trọng, vừa là nguồn năng lượng sạch tiềm năng, vừa là chất gây hiệu ứng nhà kính mạnh nếu rò rỉ ra môi trường. Việc khai thác, sử dụng và kiểm soát phát thải metan có vai trò then chốt trong chiến lược năng lượng và chống biến đổi khí hậu toàn cầu.

Dù không độc trực tiếp, metan vẫn ẩn chứa nhiều nguy hiểm cháy nổ và ngạt khí, do đó cần được quản lý và sử dụng an toàn trong mọi hoạt động công nghiệp và dân dụng.