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メタン（米国: / ˈmɛθeɪn / METH - ayn、英国: / ˈmiːθeɪn / MEE -thayn ）は、化学式CH4（炭素原子1個と水素原子4個が結合したもの）を持つ化学化合物です。14族水素化物であり、最も単純なアルカンであり、天然ガスの主成分です。地球上にはメタンが豊富に存在するため、経済的に魅力的な燃料ですが、標準温度と圧力では気体であるため、回収と貯蔵は困難です。地球の大気中では、メタンは可視光に対して透明ですが、赤外線を吸収し、温室効果ガスとして作用します。メタンは有機炭化水素であり、最も単純な有機化合物の1つです。
自然界に存在するメタンは、地中と海底の両方に存在し、地質学的プロセスと生物学的プロセスの両方によって形成されます。メタンの最大の貯蔵庫は、メタンクラスレートの形で海底にあります。メタンが地表や大気中に到達すると、大気メタンと呼ばれます。[ 10 ]
メタンは、4つの等価なC–H結合を持つ四面体分子です。その電子構造は、 CとHの価電子軌道の重なりによって生じる4つの結合分子軌道（MO）によって記述されます。最もエネルギーの低いMOは、炭素の2s軌道と4つの水素原子の1s軌道の同位相結合との重なりによって生じます。このエネルギー準位より上には、炭素の2p軌道と水素の1s軌道の様々な線形結合との重なりによって生じる、三重縮退したMO群が存在します。結果として生じる「3対1」の結合様式は、光電子分光測定の結果と一致しています。
メタンは、標準温度と圧力では無臭、無色、透明な気体です。[ 12 ]メタンは、倍音帯のため、特にスペクトルの赤色端で可視光を吸収しますが、その効果は光路が非常に長い場合にのみ顕著になります。これが、光がメタンを含む大気を通過し、散乱されて戻ってくるため、天王星と海王星が青または青緑色に見える理由です。 [ 13 ]
家庭で使用される天然ガスの馴染みのある臭いは、安全対策として、通常はtert-ブチルチオールを含む混合物である臭気剤を添加することによって実現されています。メタンは、1気圧の圧力で-161.5 ℃の沸点を持っています。[ 3 ]ガスとして、標準圧力の空気中では、5.4%～17%の濃度範囲で可燃性があります。
固体メタンはいくつかの変種で存在し、そのうち9つが知られている。[ 14 ]メタンを常圧で冷却すると、メタンIが生成される。 この物質は立方晶系（空間群Fm3m ）で結晶化する。メタンIでは水素原子の位置は固定されておらず、メタン分子は自由に回転できる。したがって、これは塑性結晶である。[ 15 ]
メタンの主な化学反応は、燃焼、水蒸気改質による合成ガス生成、およびハロゲン化反応である。一般的に、メタンの反応は制御が難しい。
メタンをメタノール（C H 3 O H ）に部分酸化して、より便利な液体燃料を得ることは、酸素の供給が不十分な場合でも反応が二酸化炭素と水まで進行してしまうため困難です。メタンモノオキシゲナーゼという酵素はメタンからメタノールを生成しますが、工業規模の反応には使用できません。[ 16 ]均一系触媒システムと不均一系システムがいくつか開発されていますが、いずれも重大な欠点があります。これらは一般的に、過酸化から保護された保護生成物を生成することによって機能します。例としては、Catalyticaシステム、銅ゼオライト、およびα酸素活性部位を安定化する鉄ゼオライトなどがあります。[ 17 ]
ある種の細菌は、酸素が存在しない状態で亜硝酸塩を酸化剤としてメタン酸化を触媒し、いわゆるメタンの嫌気性酸化を引き起こす。[ 18 ]
他の炭化水素と同様に、メタンは極めて弱い酸である。DMSO中のpKaは56と推定されている。[ 19 ]溶液中では脱プロトン化されないが、メチルリチウムなどの共役塩基が知られている。
メタンから派生したさまざまな陽イオンが、主に低圧ガス混合物中の不安定な種として観測されている。これらには、メテニウムまたはメチルカチオン CH 3 +、メタンカチオン CH 4 +、およびメタンまたはプロトン化メタン CH 5 +が含まれる。これらのいくつかは宇宙空間で検出されている。メタンはまた、メタンと超酸から希釈溶液として生成することもできる。CH 6 2+や CH 7 3+などのより高い電荷を持つカチオンは理論的に研究されており、安定であると推測されている。[ 20 ]
C–H結合の強さにもかかわらず、メタン（およびその他の低番号アルカン）のC–H結合活性化を促進する触媒への関心は非常に高い。[ 21 ]
メタンの燃焼熱は55.5 MJ/kgである。[ 22 ]メタンの燃焼は、以下のように要約される多段階反応である。
ピーターズの4段階化学反応式は、メタンの燃焼を説明するために体系的に簡略化された4段階化学反応式である。
適切な条件下では、メタンはハロゲンラジカルと以下のように反応する。
ここで、X はハロゲンです。フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、またはヨウ素(I) です。このプロセスのメカニズムは、フリーラジカルハロゲン化と呼ばれます。紫外線または他のラジカル開始剤(過酸化物など) がハロゲン原子を生成すると、開始されます。2 段階の連鎖反応が続き、ハロゲン原子がメタン分子から水素原子を引き抜き、ハロゲン化水素分子とメチルラジカル( •CH 3 ) が生成されます。次に、メチルラジカルがハロゲン分子と反応してハロメタン分子を形成し、副産物として新しいハロゲン原子が生成されます。[ 23 ]同様の反応は、ハロゲン化生成物でも発生し、反応条件とハロゲンとメタンの比率に応じて、追加の水素原子がハロゲン原子に置き換えられ、ジハロメタン、トリハロメタン、そして最終的にはテトラハロメタン構造になります。
この反応は、塩素を用いてジクロロメタンやクロロホルムをクロロメタン経由で生成するためによく用いられる。過剰量の塩素を用いると四塩化炭素も生成できる。
メタンは、冷却された液体（液化天然ガス、LNG）として輸送されることがある。冷却された液体容器から漏れたガスは、低温のため密度が高く、最初は空気より重いが、常温では空気より軽い。ガスパイプラインは大量の天然ガスを輸送しており、メタンはその主成分である。
メタンは、オーブン、家庭、給湯器、窯、自動車、[ 24 ] [ 25 ]ロケット、タービンなどの燃料として使用されます。
天然ガスの主成分であるメタンは、ガスタービンや蒸気発生器で燃料として燃焼させることで発電に重要な役割を果たします。他の炭化水素燃料と比較すると、メタンは放出される熱量あたりの二酸化炭素排出量が少なくなります。メタンの燃焼熱は約891 kJ/molで、他のどの炭化水素よりも低いですが、燃焼熱（891 kJ/mol）と分子量（16.0 g/mol、うち炭素は12.0 g/mol）の比率から、メタンは最も単純な炭化水素であるため、質量単位あたり（55.7 kJ/g）の熱量は他の複雑な炭化水素よりも多くなります。人口密度の高い多くの地域では、メタンは暖房、調理、工業用途のために家庭や企業にパイプで供給されています。この文脈では、通常、天然ガスと呼ばれ、1立方メートルあたり39メガジュール、または標準立方フィートあたり1,000 BTUのエネルギー含有量を持つと考えられています。液化天然ガス（LNG）は、主にメタンを液体状に加工したもので、貯蔵や輸送を容易にするためのものである。
精製された液体メタンとLNGは、 TQ-12、BE-4、ラプター、YF-215、およびAeonエンジンのように液体酸素と組み合わせると、ロケット燃料として使用されます。[ 26 ][27]メタンとLNGの類似性から、このようなエンジンは一般的にメタロックスという用語でまとめられています。
液体ロケット推進剤として、メタン/液体酸素の組み合わせは、ケロシン/液体酸素の組み合わせ、またはケロロックスに比べて、排気分子が小さいため、エンジン部品への煤の付着やコークス化が減少するという利点があります。メタンは沸点と密度が高く、水素脆化がないため、水素よりも貯蔵が容易です。[ 28 ] [ 29 ]排気の分子量が低いと、推進に利用できる運動エネルギーの形で熱エネルギーの割合が増加し、ロケットの比推力が増加します。液体水素と比較すると、メタンの比エネルギーは低いですが、この欠点は、メタンの密度と温度範囲が大きいことで相殺され、一定の燃料質量に対してより小さく軽いタンクが可能になります。液体メタンの温度範囲（91～112 K）は、液体酸素（54～90 K）とほぼ互換性があります。この燃料は現在、朱雀2号、バルカン、ニューグレンなどの運用中のロケットや、スターシップ、ニュートロン、テランR、ノヴァ、長征9号などの開発中のロケットで使用されている。[ 30 ]
主にメタンで構成される天然ガスは、工業規模で水素ガスを製造するために使用されます。蒸気メタン改質（SMR）、または単に蒸気改質として知られる方法は、商業用バルク水素ガスを製造する標準的な工業方法です。 世界中で年間5,000万トン以上が生産されており（2013年）、そのほとんどは天然ガスのSMRによるものです。[ 31 ]この水素の多くは、石油精製所、化学製品の製造、食品加工で使用されています。非常に大量の水素が、工業的なアンモニア合成に使用されています。
高温（700～1100 ℃）で金属系触媒（ニッケル）が存在すると、水蒸気はメタンと反応してCOとH₂の混合物、いわゆる「水性ガス」または「合成ガス」を生成する。
この反応は強い吸熱反応である（熱を消費する、ΔrH = 206 kJ/mol）。追加の水素は、水性ガスシフト反応を介してCOと水と の反応によって得られる。
この反応はわずかに発熱反応である（熱を発生する、ΔrH = −41 kJ/mol）。
メタンはクロロメタンの生成においてフリーラジカル塩素化を受けるが、メタノールの方がより一般的な前駆体である。[ 32 ]
水素は、メタン熱分解としても知られるメタンの直接分解によっても生成できます。これは、水蒸気改質とは異なり、温室効果ガス（GHG）を生成しません。反応に必要な熱も、集光太陽光、再生可能電力、または生成された水素の一部を燃焼させることによって、GHGを排出しないものにすることができます。メタンがバイオガス由来であれば、このプロセスは炭素吸収源 となります。メタンの結合を切断して水素ガスと固体炭素を生成するには、1200 °Cを超える温度が必要です。 [ 33 ]適切な触媒を使用することで、選択した触媒に応じて反応温度を 550 ～ 900 °C に下げることができます。担体なしおよび担体付き金属触媒、炭素質および金属炭素触媒など、数十種類の触媒がテストされています。[ 34 ]
下記の反応式に示すように、この反応は中程度の吸熱反応である。[ 35 ]
メタンは、地質学的、生物学的、または工業的な経路を通じて生成される可能性がある。
地質学的メタン生成の主な経路は (i) 有機 (熱生成、または熱起源) と (ii) 無機 (非生物起源) の 2 つです。[ 11 ]熱起源メタンは、深層堆積層で高温高圧下で有機物が分解されることによって発生します。堆積盆地のメタンのほとんどは熱起源であるため、熱起源メタンは天然ガスの最も重要な供給源です。熱起源メタンの成分は通常、遺物 (以前の時代) であると考えられています。一般的に、熱起源メタン (深部) の形成は、有機物の分解または有機合成によって発生します。どちらの方法も微生物 (メタン生成) が関与する可能性がありますが、無機的に発生することもあります。関連するプロセスは、微生物の有無にかかわらず、メタンを消費することもあります。
深部（結晶質基盤岩）におけるメタンのより重要な発生源は非生物的である。非生物的とは、メタンが生物の活動なしに無機化合物から生成されることを意味し、マグマ作用または蛇紋岩化作用のように低温と低圧で起こる水と岩石の反応によって生成される。[ 36 ] [ 37 ]
地球上のメタンの大部分は生物起源であり、メタン生成によって生成されます。[ 38 ] [ 39 ]これは、古細菌ドメインの一部のメンバーのみが行うことが知られている嫌気性呼吸の一形態です。[ 40 ]メタン生成菌は、埋立地や土壌、[ 41 ]反芻動物（例えば、牛）、[ 42 ]シロアリの腸、海底や湖底の無酸素堆積物に生息しています。
この多段階プロセスは、これらの微生物がエネルギーを得るために利用します。メタン生成の正味反応は次のとおりです。
このプロセスの最終段階は、メチル補酵素M還元酵素（MCR）という酵素によって触媒される。[ 43 ]
湿地は、大気へのメタンの最大の自然発生源であり、[ 44 ]大気中のメタンの約 20〜30% を占めています。[ 45 ]気候変動は、気温の上昇と降雨パターンの変化により、湿地から放出されるメタンの量を増加させています。この現象は、湿地メタンフィードバックと呼ばれています。[ 46 ]
稲作は、水田の長期にわたる湛水により、世界のメタン排出量全体の12％を占めている。[ 47 ]
牛などの反芻動物はメタンをげっぷとして排出し、これは米国の年間大気中メタン排出量の約22%を占めています。[ 48 ]ある研究では、畜産部門全般（主に牛、鶏、豚）が人間が引き起こすメタン全体の37%を生成していると報告されています。[ 49 ] 2013年の研究では、家畜が人間が引き起こすメタンの44%、人間が引き起こす温室効果ガス排出量の約15%を占めていると推定されています。[ 50 ]家畜のメタン生成を削減するための多くの取り組みが行われており、医療処置や食事の調整[ 51 ] [ 52 ]、ガスを捕捉して燃焼エネルギーとして利用する取り組みなどがあります。[ 53 ]
海底下の大部分は無酸素状態である。これは、堆積物の最初の数センチメートルで好気性微生物によって酸素が除去されるためである。酸素が豊富な海底の下では、メタン生成菌がメタンを生成し、それは他の生物によって利用されるか、ガスハイドレートに閉じ込められる。[ 40 ]メタンをエネルギーとして利用するこれらの他の生物はメタン資化菌（「メタンを食べる」）として知られており、深部で生成されたメタンが海面に到達する量が少ない主な理由である。[ 40 ]古細菌と細菌のコンソーシアムは、メタンの嫌気性酸化（AOM）によってメタンを酸化することがわかっている。この役割を担う生物は、嫌気性メタン資化性古細菌（ANME）と硫酸還元細菌（SRB）である。[ 54 ]
天然ガスは安価で豊富に存在するため、メタンを工業的に生産するインセンティブはほとんどありません。メタンは、サバティエ法による二酸化炭素の水素化によって生成できます。また、メタンは、メタンよりも長い鎖長の分子を生産するために大規模に行われているフィッシャー・トロプシュ法における一酸化炭素の水素化の副産物でもあります。
大規模な石炭メタンガス化の一例として、グレートプレーンズ・シンフューエルズ工場が挙げられます。この工場は、重量、灰分含有量、低い発熱量、貯蔵中や輸送中の自然発火の傾向といった理由から輸送が困難な低品位褐炭という豊富な地元資源を活用する目的で、1984年にノースダコタ州ビューラで操業を開始しました。同様の工場は世界中に数多く存在しますが、そのほとんどはガソリン、ディーゼル燃料、あるいは他のプロセスの原料として使用される長鎖アルカンの生産を目的としています。
パワー・トゥ・メタンとは、電気エネルギーを用いて水を電気分解することで水素を生成し、サバティエ反応を利用して水素と二酸化炭素を結合させてメタンを生成する技術である。
メタンは、メチルリチウムまたはメチルマグネシウムクロリドなどのメチルグリニャール試薬のプロトン化によって生成できる。また、無水酢酸ナトリウムと乾燥水酸化ナトリウムを混合し、300 ℃以上に加熱することによっても生成できる（副生成物として炭酸ナトリウムが生成する）。実際には、高純度メタンの需要は、標準的なガス供給業者から入手できる鋼製ガスボンベで容易に満たすことができる。
メタンは天然ガスの主成分であり、体積比で約87%を占めます。メタンの主な供給源は天然ガス田と呼ばれる地質学的堆積物からの抽出であり、炭層ガス抽出が主要な供給源になりつつあります（炭層メタン抽出は炭層からメタンを抽出する方法であり、強化炭層メタン回収は採掘不可能な炭層からメタンを回収する方法です）。メタンは他の炭化水素燃料と関連しており、ヘリウムや窒素を伴うこともあります。メタンは、有機物の嫌気性分解と地球表面深部からの再加工されたメタンによって浅いレベル（低圧）で生成されます。一般的に、天然ガスを生成する堆積物は、石油を含む堆積物よりも深く、高温で埋没しています。
メタンは一般的に、天然ガスの形でパイプラインによって大量輸送されるか、液化ガス（LNG）の形でLNGタンカーによって大量輸送される。トラックで輸送する国はごく少数である。
メタンは重要な温室効果ガスであり、産業革命以降の地球温暖化の約30％の原因となっている。[ 55 ]
メタンの地球温暖化係数（GWP）は、100年間ではCO2 （GWPは1 ）と比較して29.8±11 、20年間では82.5±25.8です。 [ 56 ]これは、例えば1トンのメタンが漏洩すると、82.5トンの二酸化炭素を排出するのと同等であることを意味します。メタンを燃焼させて二酸化炭素を生成すると、メタンを大気中に放出するだけの場合と比較して、温室効果ガスの影響も軽減されます。
大気中でメタンが徐々に二酸化炭素（および水）に変換されるにつれて、これらの値には、これらの時間スケールでメタンから生成される二酸化炭素による気候強制力が含まれる。
世界の年間メタン排出量は現在約580メガトンで、[ 57 ]そのうち40%は自然発生源から、残りの60%は人為的排出として知られる人間の活動に由来する。最大の人為的発生源は農業で、排出量の約4分の1を占め、それに続いてエネルギー部門があり、石炭、石油、天然ガス、バイオ燃料からの排出が含まれる。[ 58 ]
世界の大気中のメタン濃度は、氷河期として知られる氷河期には300～400 nmol/mol 、温暖な間氷期には600～700 nmol/molの範囲でした。2012年のNASAのウェブサイトでは、海洋が北極のメタンの重要な発生源である可能性があると述べられていましたが[ 59 ]、より最近の研究では、メタン濃度の上昇は人間の活動によって引き起こされているとされています[ 60 ] 。
大気中のメタン濃度の世界的なモニタリングは 1980 年代に始まった。[ 60 ]地球の大気中のメタン濃度は、18 世紀半ばの産業革命以前のレベルから 160% 増加している。[ 60 ] 2013 年、大気中のメタンは、すべての長寿命で地球全体に混合された温室効果ガスからの全放射強制力の 20% を占めた。 [ 61 ] 2011 年から 2019 年の間に、大気中のメタンの年間平均増加量は 1866 ppb であった。[ 62 ] 2015 年から 2019 年にかけて、大気中のメタン濃度が急激に上昇したことが記録された。[ 63 ] [ 64 ]
2019年の大気中のメタン濃度は、過去80万年間で最高値でした。IPCCの第6次評価報告書（AR6）には、「1750年以降、CO2（47%）とCH4 （156%）濃度の増加は、少なくとも過去80万年間の氷期と間氷期の間の数千年規模の自然な変化をはるかに上回り、N2O （23 % ）の増加は、それと同程度である（非常に高い確信度）」と記載されています。[ 62 ] [ a ] [ 65 ]
2020年2月、化石燃料産業からの漏洩排出とガス放出が大幅に過小評価されていた可能性があると報告された。[ 66 ] [ 67 ]年間増加率が最も高かったのは2021年で、その圧倒的大部分は人間の活動によるものであった。[ 60 ]
気候変動は、自然生態系におけるメタン生成を増加させることで大気中のメタン濃度を上昇させ、気候変動のフィードバックを形成する可能性がある。[ 40 ] [ 68 ]メタン排出量の増加のもう1つの説明は、大気からメタンを除去する化学反応の減速である可能性がある。[ 69 ]
2021年に開始されたグローバルメタン誓約には100カ国以上が署名し、2030年までにメタン排出量を30%削減することを約束している。[ 70 ]これにより 、2050年までに世界全体の気温上昇を0.2℃回避できる可能性があるが、この目標を達成するためにはより高い目標設定が求められている。[ 71 ]国際エネルギー機関の2022年の報告書では、「メタン削減のための最も費用対効果の高い機会は、エネルギー部門、特に石油・ガス事業にある」と述べている。[ 72 ]
IEAの2026年世界メタン追跡報告書によると、「2025年に世界のエネルギー関連メタン排出量が減少した兆候はない」とし、依然として「非常に高い水準」にあるとしている。化石燃料の記録的な生産は、人為的なメタン排出量の35％を占め、その量は1億2400万トンと推定され、2024年の1億2100万トンからわずかに増加した。[ 73 ]
メタンクラスレート（メタンハイドレートとも呼ばれる）は、メタン分子を1つ閉じ込めた水分子の固体ケージです。メタンクラスレートの重要な貯留層は、北極の永久凍土と、高圧（1～100 MPa、下限は低温が必要）かつ低温（15 °C未満、上限は高圧が必要）のガスクラスレート安定ゾーン内の海底下の大陸縁辺で発見されています。[ 74 ]メタンクラスレートは、生物起源メタン、熱起源メタン、またはその両方の混合物から形成されます。これらの堆積物は、メタン燃料の潜在的な供給源であると同時に、地球温暖化の潜在的な原因でもあります。[ 75 ] [ 76 ]ガスクラスレートに貯蔵されている炭素の世界的質量はまだ不確実で、12,500 Gt炭素から 500 Gt 炭素まで推定されています。 [ 46 ]推定値は時間の経過とともに減少しており、最新の推定値は炭素約1800ギガトンです。[ 77 ]この不確実性の大部分は、メタンの発生源と吸収源、および地球規模でのメタンクラスレートの分布に関する知識のギャップによるものです。たとえば、メタンの供給源は、北極の超低速拡大海嶺で比較的最近発見されました。 [ 45 ]一部の気候モデルは、今日の海底からのメタン放出体制が、約5550万年前の暁新世-始新世温暖化極大期（PETM）の期間のものと類似している可能性があることを示唆していますが、クラスレート解離によるメタンが現在大気に到達していることを示すデータはありません。[ 77 ]永久凍土と海底メタンクラスレートからの北極のメタン放出は、地球温暖化の潜在的な結果であり、さらなる原因でもあります。これはクラスレートガン仮説として知られています。[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] 2016年のデータは、北極の永久凍土が予測よりも速く融解していることを示している。[ 82 ]
メタンは「大気質を悪化させ、人間の健康、農業生産量、生態系の生産性に悪影響を及ぼす」[ 83 ] 。
2015年から2016年にかけてカリフォルニア州アリソキャニオンで発生したメタンガス漏洩は、環境への影響という点でアメリカ史上最悪のものと考えられている。[ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]また、メキシコ湾のディープウォーターホライズン号の漏洩よりも環境への被害が大きいとも言われている。[ 87 ]
2023年5月、ガーディアン紙は、トルクメニスタンがメタンの超排出で世界最悪であるとする記事を掲載した。カイロス社の研究者が収集したデータによると、トルクメニスタンの2つの大規模な化石燃料油田から、 2022年だけで260万トンと180万トンのメタンが漏出し、3億6600万トンのCO2換算量が大気中に放出され、英国の年間CO2排出量を上回った。[ 88 ]
メタンは太陽系の多くの場所に豊富に存在し、他の太陽系天体の表面で採取できる可能性があり（特に、火星[ 89 ]やタイタンで見つかった局所的な物質からのメタン生成を利用して）、帰還の旅の燃料となる可能性がある。[ 26 ] [ 90 ]
メタンは太陽系のすべての惑星とほとんどの大きな衛星で検出されています。火星はおそらく例外ですが、メタンは非生物的プロセスから発生したと考えられています。[ 91 ] [ 92 ]
キュリオシティ探査車は、火星の大気中のメタン濃度の季節変動を記録した。これらの変動は、火星の夏の終わりに0.6ppbでピークに達した。[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]メタンは、水、二酸化炭素、および火星に多く存在する鉱物であるオリビンが関与する蛇紋岩化と呼ばれる非生物学的プロセスによって生成される可能性がある。 [ 102 ]地下の細菌などのメタン生成微生物が火星のメタンの原因である可能性も推測されているが、そのような生命体が存在するという他の証拠はない。[ 103 ]
メタンは、火星で現地資源を利用して合成できる可能性があるため、将来の火星探査ミッションにおけるロケット推進剤として提案されている。[ 104 ]サバティエのメタン化反応を改良し、混合触媒床と逆水性ガスシフト反応を単一の反応器で使用することで、火星の地下水と火星大気中の二酸化炭素を利用して、火星で入手可能な原料からメタンと酸素を生成できる可能性がある。[ 89 ]
土星最大の衛星タイタンでは、メタンが大量に検出されている。メタンはタイタンの大気の大部分を占め、表面には液体の形で存在し、タイタンの広大な炭化水素湖の液体の大部分を構成している。2番目に大きい湖は、ほぼ純粋なメタンで構成されていると考えられている。[ 105 ]
タイタンには安定した液体メタンの湖が存在し、またタイタンの表面は化学的に非常に活発で有機化合物が豊富であることから、科学者たちはタイタンの湖に生命が存在する可能性を検討し、地球上の生命にとっての水の代わりにメタンを溶媒として利用し[ 106 ]、大気中の水素をアセチレンと反応させてエネルギーを得ている可能性を考えている[ 107 ]。
メタンの発見はイタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタによるもので、彼はメタンの可燃限界や有機物の腐敗からの発生など、数多くの特性を明らかにした。 [ 108 ]
ボルタは当初、友人のカルロ・ジュゼッペ・カンピ神父から沼地に「可燃性の空気」が存在するとの報告を受けたことがきっかけで研究を始めた。1776年11月、イタリアとスイスにまたがるマッジョーレ湖への釣り旅行中に、近くの沼地に泡があることに気づき、調査することにした。ボルタは沼地から立ち昇るガスを集め、そのガスが炎や火花に触れると燃え上がることを示した。[ 108 ] [ 109 ]
ボルタは、「可燃性の空気」に関する同様の観察が、ベンジャミン・フランクリンが書いた手紙を含め、以前の科学文献にも存在していたと指摘している。[ 110 ]
1812年に92人が死亡したフェリング炭鉱事故の後、サー・ハンフリー・デービーは、恐れられていたメタンガスは実際には大部分がメタンであることを突き止めた。 [ 111 ]
「メタン」という名前は、1866年にドイツの化学者アウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンによって造語された。[ 112 ] [ 113 ]この名前はメタノールに由来する。
語源的には、メタンという単語は、アルカン族に属する物質を示す化学接尾辞「-ane 」と、ドイツ語のMethyl (1840 年) またはフランス語の méthyle から直接派生した単語から作られました。フランス語の méthylène (英語の「methylene」に相当)からの逆成語で、その語根は、 1834 年にジャン＝バティスト・デュマとウジェーヌ＝メルキオール・ペリゴによって、ギリシャ語のμέθυ méthy (ワイン) (英語の「mead」に関連) とὕλη hýlē (「木」を意味する) から作られました。この語根は、木材の蒸留によって最初に分離されたアルコールであるメタノールで最初に検出されたことから、この名前が付けられました。化学接尾辞-aneは、ラテン語の女性接尾辞-inaに由来する、抽象を表すために使用される化学接尾辞-ineから派生しています。 「-ane」、「 -ene」、「-one 」などの配位は、1866年にドイツの化学者アウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンによって提案された。[ 114 ]
略語CH 4 -C は、メタンの質量に含まれる炭素の質量を意味することがあり、メタンの質量は常にCH 4 -C の質量の 1.33 倍です。[ 115 ] [ 116 ] CH 4 -C は、質量比 1.33 であるメタンと炭素の比率を意味することもあります。[ 117 ]大気規模のメタンは、一般的にテラグラム (Tg CH 4 ) または百万メトリックトン (MMT CH 4 ) で測定され、これらは同じ意味です。[ 118 ]ナノモル (nmol、10億分の 1 モル)、モル(mol)、キログラム、グラムなどの他の標準単位も使用されます。
メタンは窒息性ガスであり、無毒であるが、主な健康被害は高濃度での酸素置換であり、窒息死を引き起こす可能性がある。空気中濃度5%では全身毒性は検出されていない。[ 119 ]
メタンは常温で非常に燃えやすいガスです。[ 119 ]空気と爆発性混合物を形成する可能性があります。メタンガス爆発は、多くの致命的な鉱山災害の原因となっています。 [ 120 ] 2010年4月5日にウェストバージニア州のアッパービッグブランチ炭鉱で発生した災害は、メタンガス爆発が原因で、29人が死亡しました。 [ 121 ]天然ガスの偶発的な放出も、過去にジェット火災災害を引き起こした偶発的な放出があったため、安全工学の分野で大きな焦点となっています。[ 122 ] [ 123 ]
メタンは保持名（P-12.3参照）であり、系統名「カルバン」よりも好ましい。 「カルバン」はメタンに代わる名称として推奨されたことはなく、ラジカル H
2
C
2•
および HC
3•
の名称「カルベン」および「カルビン」をそれぞれ導出するために使用された。
圧縮天然ガスは、メタン分子の単純さにより排気管からの様々な汚染物質の排出量を35～97%削減するため、入手可能な「最もクリーンに燃焼する」代替燃料として宣伝されている。温室効果ガスの正味排出量の削減はそれほど劇的ではなく、ガソリンと比較して約20%削減で、トウモロコシ由来のエタノールとほぼ同じである。
を選んだ理由は、効率が高く、低コストで、広く入手可能だからです。灯油とは異なり、LNG はタンクを自己加圧するために使用できます。自己加圧と呼ばれるこの方式により、地球の希少なヘリウム資源を利用する高価で複雑なシステムが不要になります。また、LNG は低スロットルでもクリーンな燃焼特性を備えているため、灯油燃料と比較してエンジンの再利用が容易になります。