Мониторинг углерода как часть мониторинга парниковых газов относится к отслеживанию того, сколько углекислого газа или метана производится определенной деятельностью в определенное время. Например, это может относиться к отслеживанию выбросов метана в сельском хозяйстве или выбросов углекислого газа от изменений в землепользовании , таких как вырубка лесов , или от сжигания ископаемого топлива , будь то на электростанции , в автомобиле или другом устройстве. Поскольку углекислый газ является парниковым газом, выбрасываемым в наибольших количествах, а метан является еще более мощным парниковым газом, мониторинг выбросов углерода широко рассматривается как решающий для любых усилий по сокращению выбросов и, таким образом, замедлению изменения климата .
Мониторинг выбросов углерода является ключевым фактором для программы ограничения и торговли квотами, которая в настоящее время используется в Европе, а также в Калифорнии, и будет необходим для любой подобной программы в будущем, например, Парижского соглашения . Отсутствие надежных источников последовательных данных о выбросах углерода является существенным препятствием для усилий по сокращению выбросов. [1]
Источники таких данных о выбросах включают в себя:
Carbon Monitoring for Action (CARMA) [2] – Онлайн-база данных, предоставляемая Центром глобального развития , которая включает выбросы на уровне завода для более чем 50 000 электростанций и 4000 энергетических компаний по всему миру, а также общие выбросы от производства электроэнергии в странах, провинциях (или штатах) и населенных пунктах. Выбросы углерода от производства электроэнергии составляют около 25 процентов мировых выбросов CO 2. [3]
ETSWAP – система мониторинга и отчетности по выбросам, которая в настоящее время используется в Великобритании и Ирландии и позволяет соответствующим организациям контролировать, проверять и сообщать о выбросах углерода, как того требует EU ETS (Схема торговли выбросами Европейского союза) . [4]
FMS – система, используемая в Германии для регистрации и расчета годовых отчетов по выбросам для операторов предприятий, подпадающих под действие EU ETS . [5]
Выбросы углерода также отслеживаются в глобальном масштабе (данные по странам, секторам, компаниям, видам деятельности и т. д.).
Несколько организаций предоставляют ежегодные обновления оставшегося углеродного бюджета, включая Глобальный углеродный проект , Исследовательский институт Меркатора по всеобщему достоянию и изменению климата (MCC) [8] и проект CONSTRAIN. [9] В марте 2022 года, до официальной публикации препринта «Глобальный углеродный бюджет 2021» [ 7] , ученые сообщили на основе данных Carbon Monitor [10] (CM), что после рекордного снижения, вызванного пандемией COVID-19 в 2020 году, глобальные выбросы CO 2 резко подскочили на 4,8% в 2021 году, что указывает на то, что при текущей траектории углеродный бюджет для ⅔ вероятности ограничения потепления до 1,5 °C будет израсходован в течение 9,5 лет. [11]
В апреле 2022 года пересмотренный и официально опубликованный «Глобальный углеродный бюджет 2021» пришел к выводу, что выбросы ископаемого CO2 восстановились [ 12] по сравнению с уровнями пандемии примерно на +4,8% по сравнению с выбросами 2020 года, вернувшись к уровню 2019 года.
В нем определены три основные проблемы для повышения надежности и точности мониторинга, показано, что Китай и Индия превзошли уровни 2019 года (на 5,7% и 3,2%), в то время как ЕС и США остались ниже уровней 2019 года (на 5,3% и 4,5%), количественно определены различные изменения и тенденции, впервые представлены оценки моделей, которые связаны с официальной отчетностью по кадастрам парниковых газов стран , и предполагается, что оставшийся углеродный бюджет на 1 января 2022 года для 50% вероятности ограничения глобального потепления до 1,5 °C (хотя временное превышение следует ожидать) составляет 120 ГтС (420 ГтCO2 ) — или 11 лет уровней выбросов 2021 года. [7]
Это не означает, что, скорее всего, осталось 11 лет для сокращения выбросов, но если бы выбросы остались прежними, а не увеличились, как в 2021 году, то в гипотетическом сценарии, когда все выбросы внезапно прекратились бы на 12-м году, осталось бы 11 лет постоянных выбросов ПГ. (50%-ную вероятность можно описать как своего рода минимальное правдоподобное требование отрицания, поскольку более низкие вероятности сделали бы цель в 1,5 °C «маловероятной».) Более того, другие трекеры показывают (или подчеркивают) разные суммы оставшегося углеродного бюджета, например, MCC, который по состоянию на май 2022 года показывает «осталось 7 лет и 1 месяц» [8] , а разные вероятности имеют разные углеродные бюджеты: 83%-ная вероятность будет означать 6,6 ± 0,1 года (до конца в 2028 году) согласно данным CM. [11]
В октябре 2023 года группа исследователей обновила углеродный бюджет, включая выбросы CO2 в 2020-2022 годах и новые данные о роли снижения присутствия загрязняющих частиц в атмосфере. [13] Они обнаружили, что мы можем выбросить 250 ГтCO2 или 6 лет выбросов на текущем уровне, начиная с января 2023 года, чтобы иметь 50% шанс остаться ниже 1,5 градусов. Для достижения этой цели человечеству необходимо будет свести выбросы CO2 к нулю к 2034 году. Чтобы иметь 50% шанс остаться ниже 2 градусов, человечество может выбросить 1220 ГтCO2 или 30 лет выбросов на текущем уровне. [14] [15]Почти все нормативные акты США по изменению климата содержат положения о сокращении выбросов углекислого газа и метана по секторам экономики, поэтому возможность точного мониторинга и оценки этих выбросов имеет решающее значение для оценки соблюдения этих нормативных актов. [16] Оценки выбросов на национальном уровне оказались довольно точными, но на уровне штатов все еще существует много неопределенности. [16] В рамках Парижского соглашения США обязались «сократить свои выбросы парниковых газов на 26–28 % по сравнению с уровнем 2005 года к 2025 году в рамках Парижского соглашения, согласованного на КС-21. [17] Для соблюдения этих нормативных актов необходимо количественно оценить выбросы из конкретных секторов-источников. [16] Сектор-источник — это сектор экономики, который выбрасывает определенный парниковый газ, т. е. выбросы метана в нефтегазовой промышленности, которые США обязались сократить на 40–45 % по сравнению с уровнем 2012 года к 2025 году [18] в качестве более конкретных действий по достижению своего вклада в Парижское соглашение.
В настоящее время большинство правительств, включая правительство США, оценивают выбросы углерода с помощью подхода «снизу вверх», используя коэффициенты выбросов, которые дают скорость выбросов углерода на единицу определенной деятельности, и данные о том, какая часть этой деятельности имела место. [16] Например, коэффициент выбросов может быть определен для количества углекислого газа, выбрасываемого на галлон сожженного бензина, и это может быть объединено с данными о продажах бензина, чтобы получить оценку выбросов углерода от легковых автомобилей. [19] Другие примеры включают определение количества коров в различных местах или массы угля, сжигаемого на электростанциях , и объединение этих данных с соответствующими коэффициентами выбросов для оценки выбросов метана или углекислого газа. Иногда для мониторинга выбросов углерода используются методы «сверху вниз». Они включают измерение концентрации парникового газа в атмосфере и использование этих измерений для определения распределения выбросов, которые привели к полученным концентрациям. [16]
Учет по секторам может быть затруднен, когда есть вероятность двойного счета. Например, когда уголь газифицируется для получения синтетического природного газа , который затем смешивается с природным газом и сжигается на газовой электростанции, если учитывать его как часть сектора природного газа, эта деятельность должна быть вычтена из сектора угля и добавлена к сектору природного газа для того, чтобы быть должным образом учтенной. [16]
Система мониторинга выбросов углерода NASA (CMS) — это программа климатических исследований [20], созданная по указу конгресса в 2010 году, которая предоставляет гранты в размере около 500 000 долларов в год на климатические исследования, которые измеряют выбросы углекислого газа и метана. [20] Используя приборы на спутниках и самолетах, финансируемые CMS исследовательские проекты предоставляют данные Соединенным Штатам и другим странам, которые помогают отслеживать прогресс отдельных стран в отношении их Парижских соглашений о сокращении выбросов. Например, проекты CMS измеряли выбросы углерода в результате вырубки лесов и деградации лесов . CMS «сшивала наблюдения источников и стоков в высокоточные модели потоков углерода на планете». [21] Федеральный бюджет на 2019 год специально гарантировал финансирование CMS, [20] после того, как администрация Трампа предложила прекратить финансирование. [21] [22]
В рамках Схемы торговли выбросами Европейского союза (EU-ETS) [23] необходим мониторинг углерода для обеспечения соответствия программе ограничения и торговли квотами . Эта программа мониторинга углерода состоит из трех основных компонентов: измерения содержания углекислого газа в атмосфере, карты выбросов углекислого газа снизу вверх и операционная система ассимиляции данных для синтеза информации из первых двух компонентов. [24]
Подход к атмосферным измерениям сверху вниз включает спутниковые данные и измерения на месте концентраций углекислого газа, а также атмосферные модели , которые моделируют атмосферный перенос углекислого газа. Они имеют ограниченную способность определять выбросы углекислого газа в высокоразрешенных пространственных масштабах и, как правило, не могут представлять более мелкие масштабы, чем сетка в 1 км. Модели также должны разрешать потоки углекислого газа из антропогенных источников, таких как сжигание ископаемого топлива , и из естественных взаимодействий, таких как наземные экосистемы и океан. [24] Из-за сложностей и ограничений подхода сверху вниз ЕС объединяет этот метод с подходом снизу вверх.
Текущие данные снизу вверх основаны на информации, которую сами сообщают эмитенты в схеме торговли. Однако ЕС пытается улучшить этот источник информации и предложил планы по улучшению карт выбросов снизу вверх, которые будут иметь значительно улучшенное пространственное разрешение и обновления в режиме, близком к реальному времени. [24]
Также планируется операционная система данных для объединения информации, собранной из двух вышеупомянутых источников. ЕС надеется, что к 2030-м годам она будет введена в эксплуатацию и позволит реализовать сложную программу мониторинга углерода по всему Европейскому союзу. [24]
Спутники могут использоваться для мониторинга концентрации углекислого газа с орбиты. [25] В настоящее время НАСА управляет спутником под названием Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), а Япония управляет своим собственным спутником, Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT). [25] Эти спутники могут предоставить ценную информацию для заполнения пробелов в данных из кадастров выбросов. OCO-2 измерил сильный поток углекислого газа над Ближним Востоком , который не был представлен в кадастрах выбросов, что указывает на то, что важные источники были проигнорированы при восходящих оценках выбросов. [26] В настоящее время эти спутники имеют погрешность около 0,5% в своих измерениях, но американские и японские команды надеются уменьшить погрешность до 0,25%. Недавно Китай запустил свой собственный спутник для мониторинга концентрации парниковых газов на Земле, TanSat, в декабре 2016 года. [27] В настоящее время у него запланирована трехлетняя миссия, и он будет снимать показания концентрации углекислого газа каждые 16 дней. [27]
Совокупный вклад в глобальный углеродный бюджет с 1850 г. Углеродный дисбаланс представляет собой пробел в нашем текущем понимании источников и поглотителей. ... Источник: Friedlingstein et al 2021; Глобальный углеродный проект 2021