گاز طبیعی نوعی سوخت فسیلی است که به طور گسترده در سراسر جهان برای گرمایش، تولید برق و به عنوان سوخت وسایل نقلیه استفاده می شود. این عمدتا از متان (CH 4 ) همراه با مقادیر کمی از دیگر گازهای هیدروکربنی تشکیل شده است. گاز طبیعی در مقایسه با زغال سنگ و نفت منبع انرژی پاک تری در نظر گرفته می شود، تا حدی به این دلیل که به ازای هر واحد انرژی تولید شده هنگام سوزاندن، دی اکسید کربن کمتری (CO 2 ) آزاد می کند.
گاز طبیعی از بقایای موجودات دریایی باستانی تشکیل شده است. در طی میلیون‌ها سال، این بقایا در زیر لایه‌هایی از رسوب دفن می‌شوند، جایی که شرایط فشار و دمای بالا باعث می‌شود آنها به صورت بی‌هوازی (بدون اکسیژن) تجزیه شوند. این فرآیند باعث ایجاد متان می شود که در سنگ های متخلخل زیر سطح زمین تجمع می یابد و ذخایر گاز طبیعی را تشکیل می دهد.
برای رساندن گاز طبیعی به مصرف کنندگان، باید از زمین استخراج و فرآوری شود. استخراج شامل حفاری در زمین برای رسیدن به ذخایر گاز است. پس از استخراج، گاز برای حذف ناخالصی هایی مانند آب، ماسه و سایر گازها پردازش می شود. سپس گاز تمیز از طریق خطوط لوله منتقل می شود تا به عنوان سوخت استفاده شود یا برای استفاده در آینده ذخیره شود.
گاز طبیعی کاربردهای گسترده ای دارد. برای تولید الکتریسیته با سوزاندن آن در توربین ها استفاده می شود که ژنراتورها را به سمت تولید نیروی الکتریکی هدایت می کند. همچنین در گرمایش و پخت و پز منازل مسکونی استفاده می شود و منبع سوخت مناسب و کارآمدی است. در بخش صنعت، گاز طبیعی به عنوان ماده خام برای تولید مواد شیمیایی، کود و هیدروژن استفاده می شود. علاوه بر این، گاز طبیعی فشرده (CNG) به عنوان جایگزین تمیزتر برای بنزین و گازوئیل در وسایل نقلیه استفاده می شود.
اگرچه گاز طبیعی پاک‌تر از سایر سوخت‌های فسیلی است، استخراج و استفاده از آن همچنان اثرات زیست‌محیطی دارد. فرآیند استخراج گاز طبیعی می تواند منجر به نشت متان شود که به گرم شدن کره زمین کمک می کند زیرا متان یک گاز گلخانه ای قوی است. علاوه بر این، فرآیند شکستن، یک روش رایج برای استخراج گاز طبیعی، می‌تواند آب‌های زیرزمینی را آلوده کرده و باعث زلزله‌های کوچک شود. با این حال، پیشرفت در فناوری این اثرات منفی را کاهش می دهد و گاز طبیعی را به گزینه ای سازگارتر با محیط زیست تبدیل می کند.
هنگام مقایسه گاز طبیعی با سایر سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ و نفت، مشخص است که گاز طبیعی دارای مزایایی است. به عنوان مثال، سوزاندن گاز طبیعی برای انرژی، CO 2 کمتر و آلاینده های کمتری در هوا مانند دی اکسید گوگرد (SO 2 ) و اکسیدهای نیتروژن ( NOx ) نسبت به سوزاندن زغال سنگ یا نفت تولید می کند. این امر باعث می شود گاز طبیعی از نظر کاهش آلودگی هوا و مبارزه با تغییرات آب و هوایی گزینه مطلوبی باشد.
در حالی که گاز طبیعی یک سوخت فسیلی تمیزتر است، انتقال به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشیدی و باد برای کاهش تغییرات آب و هوایی ضروری است. گاز طبیعی می تواند با ارائه یک منبع انرژی پشتیبان مطمئن در زمانی که منابع تجدیدپذیر در دسترس نیست، در این انتقال نقش داشته باشد. با این حال، ادامه توسعه و به کارگیری فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، از جمله گاز طبیعی، مهم است.
آزمایش: رنگ های شعله گاز
هنگامی که عناصر مختلف می سوزند، شعله هایی با رنگ های مختلف تولید می کنند. این آزمایش احتراق گاز طبیعی و چگونگی تغییر رنگ شعله توسط ناخالصی ها را نشان می دهد. وقتی گاز طبیعی خالص که عمدتاً متان است می سوزد، شعله آبی تولید می کند. این به دلیل فرآیند احتراق است که در آن متان با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد و دی اکسید کربن، آب و گرما تولید می کند:
\( \textrm{CH}_4 + 2\textrm{O}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + 2\textrm{اچ}_2\textrm{O} + \textrm{حرارت} \)اگر ناخالصی‌هایی مانند نمک‌های سدیم یا پتاسیم در گاز وجود داشته باشد، ممکن است رنگ شعله به زرد یا نارنجی تغییر کند. این خاصیت تغییر رنگ شعله در نشت یاب های گاز برای نشان دادن وجود گاز استفاده می شود.
گاز طبیعی یک جایگزین همه کاره و پاک‌تر برای سایر سوخت‌های فسیلی است که به طور گسترده برای گرمایش، تولید برق و به عنوان سوخت خودرو استفاده می‌شود. در حالی که اثرات زیست محیطی دارد، پیشرفت های تکنولوژیکی این اثرات را به حداقل می رساند و گاز طبیعی را به یک جزء مهم از ترکیب انرژی فعلی تبدیل می کند. با این حال، انتقال به منابع انرژی تجدیدپذیر برای آینده ای پایدار حیاتی است.
