Источники выбросов метана в результате деятельности человека (оценка на 2020 г.) [1]
Увеличение выбросов метана является основным фактором повышения концентрации парниковых газов в атмосфере Земли и ответственно за до одной трети глобального потепления в краткосрочной перспективе . [1] [2] В 2019 году около 60% (360 миллионов тонн) метана, выброшенного в мире, произошло в результате деятельности человека, тогда как на природные источники пришлось около 40% (230 миллионов тонн). [3] [4] Сокращение выбросов метана за счет улавливания и использования газа может принести одновременную экологическую и экономическую выгоду. [1] [5]
Со времени промышленной революции концентрация метана в атмосфере увеличилась более чем вдвое, и около 20 процентов потепления, которое пережила планета, можно отнести на счет этого газа. [6] Около трети (33%) антропогенных выбросов приходится на выбросы газа при добыче и доставке ископаемого топлива ; в основном из-за выбросов газа и утечек газа как из действующей инфраструктуры ископаемого топлива, так и из бесхозных скважин . [7] Россия является крупнейшим в мире источником выбросов метана из нефти и газа. [8] [9]
Животноводство является таким же крупным источником (30%); главным образом из-за кишечной ферментации у жвачных животных, таких как крупный рогатый скот и овцы. Согласно Глобальной оценке метана, опубликованной в 2021 году, выбросы метана от домашнего скота (включая крупный рогатый скот) являются крупнейшими источниками сельскохозяйственных выбросов во всем мире [10]. Одна корова может производить до 99 кг метана в год. [11] Жвачный скот может производить от 250 до 500 л метана в день. [12]
Потоки потребительских отходов, особенно те, которые проходят через свалки и очистные сооружения , выросли и стали третьей основной категорией (18%). Растениеводство, включая производство продуктов питания и биомассы , составляет четвертую группу (15%), причем наибольший вклад вносит производство риса . [1] [13]
На водно-болотные угодья мира приходится около трех четвертей (75%) устойчивых природных источников метана. [3] [4] Большая часть остального приходится на просачивание из приповерхностных залежей углеводородов и клатратных гидратов , выбросы вулканов , лесные пожары и выбросы термитов . [13] Вклад выживших диких популяций жвачных млекопитающих значительно превосходит вклад крупного рогатого скота, людей и других домашних животных. [14]
The Economist рекомендовал установить целевые показатели выбросов метана, поскольку сокращение выбросов метана даст больше времени для решения более сложных задач по выбросам углерода ». [15] [16]
Концентрация атмосферного метана (CH 4 ) растет и в 2019 году превысила 1860 частей на миллиард, что в два с половиной раза превышает доиндустриальный уровень. [19] Сам по себе метан вызывает прямое радиационное воздействие , которое уступает только воздействию диоксида углерода (CO 2 ). [20] Из-за взаимодействия с кислородными соединениями, стимулируемого солнечным светом, CH 4 также может увеличивать присутствие в атмосфере короткоживущего озона и водяного пара, которые сами по себе являются мощными согревающими газами: исследователи атмосферы называют это усиление краткосрочного влияния метана на потепление косвенным радиационным воздействием. . [21] Когда такие взаимодействия происходят, также образуется более долгоживущий и менее мощный CO 2 . С учетом как прямых, так и косвенных воздействий, увеличение содержания метана в атмосфере является причиной примерно одной трети глобального потепления в краткосрочной перспективе. [1] [2]
Хотя метан удерживает гораздо больше тепла, чем та же масса углекислого газа, через десятилетие в атмосфере остается менее половины выброшенного CH 4 . В среднем углекислый газ нагревается гораздо дольше, если предположить, что скорость связывания углерода не изменится. [22] [23] Потенциал глобального потепления (ПГП) – это способ сравнения потепления, вызываемого другими газами, с потеплением, вызванным углекислым газом, за определенный период времени. Показатель GWP 20 метана, равный 85, означает, что тонна CH 4 , выбрасываемая в атмосферу, создает примерно в 85 раз большее потепление атмосферы, чем тонна CO 2 в течение 20 лет. [23] В 100-летнем масштабе ПГП метана 100 находится в диапазоне 28–34.
Выбросы метана важны, поскольку их сокращение может выиграть время для решения проблемы выбросов углерода . [24] [25]
Биогенный метан активно вырабатывается микроорганизмами в процессе, называемом метаногенезом . При определенных условиях технологическая смесь, ответственная за образец метана, может быть определена на основе соотношения изотопов углерода и с помощью методов анализа, аналогичных углеродному датированию . [26] [27]
По состоянию на 2020 год [обновлять]объемы выбросов из некоторых источников остаются более неопределенными, чем другие; отчасти из-за локальных всплесков выбросов, которые не фиксируются ограниченными возможностями глобальных измерений. Время, необходимое для того, чтобы выбросы метана хорошо перемешались в тропосфере Земли , составляет около 1–2 лет. [28]
Спутниковые данные показывают, что более 80% роста выбросов метана в 2010–2019 годах приходится на тропические наземные выбросы. [29] [30]
Накопляются исследования и данные, показывающие, что выбросы метана в нефтегазовой промышленности – или в результате добычи, распределения и использования ископаемого топлива – намного больше, чем предполагалось. [31] [32] [33] [34] [35]
Природные источники всегда были частью цикла метана . Выбросы водно-болотных угодий сокращаются из-за осушения сельскохозяйственных и строительных территорий.
Большинство экологических выбросов метана напрямую связано с метаногенами , генерирующими метан в теплых, влажных почвах, а также в пищеварительном тракте некоторых животных. Метаногены – это микроорганизмы, продуцирующие метан. Для производства энергии они используют анаэробный процесс, называемый метаногенезом. Этот процесс используется вместо аэробных или кислородных процессов, поскольку метаногены не способны метаболизироваться в присутствии даже небольших концентраций кислорода. Когда ацетат расщепляется в метаногенезе, результатом является выброс метана в окружающую среду.
Метаногенез , научный термин, обозначающий производство метана, происходит преимущественно в анаэробных условиях из-за отсутствия других окислителей. В этих условиях микроскопические организмы, называемые археями , используют ацетат и водород для расщепления необходимых ресурсов [ неопределенно ] в процессе, называемом ферментацией .
Ацетокластический метаногенез – некоторые археи расщепляют ацетат , образующийся в ходе анаэробной ферментации, с образованием метана и углекислого газа.
Гидрогенотрофный метаногенез – археи окисляют водород углекислым газом с образованием метана и воды.
Хотя ацетокластический метаногенез и гидрогенотрофный метаногенез являются двумя основными реакциями источника атмосферного метана, также происходят и другие второстепенные реакции биологического источника метана. Например, было обнаружено, что воск на поверхности листьев , подвергающийся воздействию УФ-излучения в присутствии кислорода, является аэробным источником метана. [41]
Выбросы метана в атмосферу напрямую связаны с температурой и влажностью. Таким образом, естественные изменения окружающей среды, которые происходят во время сезонных изменений, служат основным фактором контроля выбросов метана. Кроме того, даже изменения температуры в течение дня могут повлиять на количество вырабатываемого и потребляемого метана. [ нужна цитата ]
Его концентрация выше в Северном полушарии , поскольку большинство источников (как природных, так и антропогенных) расположены на суше, а в Северном полушарии больше суши. [42] Концентрации варьируются в зависимости от сезона, например, минимум в северных тропиках в апреле-мае, главным образом из-за удаления гидроксильным радикалом . [43]
Например, заводы, производящие метан, могут выбрасывать в два-четыре раза больше метана днем, чем ночью. [44] Это напрямую связано с тем фактом, что растения склонны полагаться на солнечную энергию для осуществления химических процессов.
Кроме того, на выбросы метана влияет уровень водных источников. Сезонные наводнения весной и летом естественным образом увеличивают количество метана, выбрасываемого в воздух. [ нужна цитата ]
Выбросы парниковых газов из вызывающих озабоченность водно-болотных угодий состоят в основном из выбросов метана и закиси азота . Водно-болотные угодья являются крупнейшим естественным источником атмосферного метана в мире и, следовательно, вызывают серьезную обеспокоенность в связи с изменением климата . [45] [46] [47] Водно-болотные угодья составляют примерно 20–30% атмосферного метана за счет выбросов почв и растений и вносят в атмосферу в среднем примерно 161 Тг метана в год. [48]
Водно- болотные угодья характеризуются заболоченными почвами и своеобразными сообществами видов растений и животных , которые приспособились к постоянному присутствию воды . Такой высокий уровень водонасыщенности создает условия, способствующие производству метана. Большая часть метаногенеза или производства метана происходит в средах с низким содержанием кислорода . Поскольку микробы , живущие в теплой и влажной среде, потребляют кислород быстрее, чем он может диффундировать из атмосферы, водно-болотные угодья являются идеальной анаэробной средой для ферментации , а также активности метаногена . Однако уровень метаногенеза колеблется в зависимости от наличия кислорода , температуры и состава почвы. Более теплая, более анаэробная среда с почвой, богатой органическими веществами, обеспечит более эффективный метаногенез. [49]На водно-болотных угодьях, где скорость производства метана высока, растения помогают метану перемещаться в атмосферу, действуя как перевернутые громоотводы, направляя газ через почву в воздух. Предполагается, что они сами производят метан, но поскольку для производства метана растениям придется использовать аэробные условия, сам процесс до сих пор не идентифицирован, согласно статье « Биогеохимия» 2014 года . [50]
В статье 1994 года о выбросах метана из северных водно-болотных угодий говорится, что с 1800-х годов концентрация метана в атмосфере ежегодно увеличивалась примерно на 0,9%. [44]
В ДО6 МГЭИК говорится: «Очевидно, что увеличение содержания в атмосфере углекислого газа (CO 2 ), метана (CH 4 ) и закиси азота (N 2 O) с доиндустриального периода в подавляющем большинстве случаев вызвано деятельностью человека . " [51] [52] [53] Атмосферный метан составляет 20% общего радиационного воздействия (RF) от всех долгоживущих и глобально смешанных парниковых газов.
Согласно оценке Коалиции по климату и чистому воздуху (CCAC) и Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) на 2021 год, более 50% глобальных выбросов метана вызвано деятельностью человека в области ископаемого топлива (35%), отходов (20%), и сельское хозяйство (40%). На нефтегазовую отрасль приходится 23%, на добычу угля — 12%. Двадцать процентов глобальных антропогенных выбросов происходят из свалок и сточных вод. Навоз и кишечная ферментация составляют 32%, а выращивание риса - 8%. [54]
Наиболее четко выявленный рост содержания метана в атмосфере в результате деятельности человека произошел в 1700-х годах во время промышленной революции. В течение 20-го века — в основном из-за использования ископаемого топлива — концентрация метана в атмосфере увеличивалась, затем ненадолго стабилизировалась в 1990-х годах [55] только для того, чтобы снова начать расти в 2007 году. После 2014 года рост ускорился, и к 2017 году , достигло 1850 (частей на миллиард) частей на миллиард. [56] [57]
Повышение уровня метана в результате современной деятельности человека обусловлено рядом конкретных источников, включая промышленную деятельность; от добычи нефти и природного газа из подземных запасов; [58] транспортировка по трубопроводам нефти и природного газа; и таяние вечной мерзлоты в арктических регионах из-за глобального потепления, вызванного использованием человеком ископаемого топлива.
Основным компонентом природного газа является метан, который выбрасывается в атмосферу на каждом этапе «добычи, переработки, хранения, транспортировки и распределения» природного газа. [59]
В статье Вуппертальского института климата, окружающей среды и энергетики, опубликованной в 2005 году, трубопроводы, по которым транспортируется природный газ, названы источником выбросов метана. В статье приведен пример Транссибирской газопроводной системы в Западную и Центральную Европу из Ямбургского и Уренгойского существующих газовых месторождений России с концентрацией метана 97%. [60] В соответствии с требованиями МГЭИК и других групп по контролю выбросов природного газа, измерения должны были проводиться по всему трубопроводу для измерения выбросов метана в результате технологических сбросов и утечек на трубопроводной арматуре и вентиляционных отверстиях. Хотя большинство утечек природного газа были связаны с углекислым газом, в результате утечек и аварий из трубопровода также постоянно выбрасывалось значительное количество метана. В 2001 году выбросы природного газа из трубопроводов и системы транспортировки природного газа составили 1% добытого природного газа. [60] В период с 2001 по 2005 год этот показатель снизился до 0,7%, значение 2001 года было значительно меньше, чем в 1996 году. [60]
В статье «Изменение климата» 2012 года и публикации 2014 года группы ученых под руководством Роберта У. Ховарта говорится, что существуют убедительные доказательства того, что «сланцевый газ имеет больший выброс парниковых газов, чем обычный газ, если рассматривать его в любом временном масштабе. также превышает аналогичный показатель нефти или угля, если рассматривать его в десятилетнем масштабе». [61] [62] Ховарт призвал к изменению политики по регулированию выбросов метана в результате гидроразрыва пласта и разработки сланцевого газа. [63]
В исследовании 2013 года, проведенном группой исследователей под руководством Скотта М. Миллера, говорится, что политика США по сокращению выбросов парниковых газов в 2013 году была основана на, по всей видимости, значительной недооценке антропогенных выбросов метана. [64] В статье говорится, что «выбросы парниковых газов в результате сельского хозяйства, добычи и переработки ископаемого топлива» — нефти и/или природного газа — «вероятно, в два раза или больше, чем указано в существующих исследованиях». [64] К 2001 году, после подробного изучения антропогенных источников изменения климата, исследователи МГЭИК обнаружили, что существуют «более убедительные доказательства того, что большая часть наблюдаемого потепления, наблюдаемого за последние 50 лет, [была] связана с деятельностью человека». [65] [66] Со времени промышленной революции люди оказали серьезное влияние на концентрацию метана в атмосфере, увеличив концентрацию метана в атмосфере примерно на 250%. [67] Согласно отчету МГЭИК 2021 года , 30–50% нынешнего повышения температуры вызвано выбросами метана, [68] и сокращение количества метана является быстрым способом смягчения последствий изменения климата . [69] Альянс 107 стран, включая Бразилию, ЕС и США, присоединился к пакту, известному как «Глобальное обещание по метану», взяв на себя коллективную цель по сокращению глобальных выбросов метана как минимум на 30% по сравнению с уровнями 2020 года к 2030 году. [70] [71]
Жвачные животные, особенно коровы и овцы, содержат в желудочно-кишечном тракте бактерии, которые помогают расщеплять растительный материал. Некоторые из этих микроорганизмов используют ацетат растительного материала для производства метана, а поскольку эти бактерии живут в желудке и кишечнике жвачных животных, всякий раз, когда животное «отрыгивает» или испражняется, оно также выделяет метан. По данным исследования, проведенного в 2012 году в регионе Снежных гор , количество метана, выделяемого одной коровой, эквивалентно количеству метана, которое могут потребить около 3,4 гектара метанотрофных бактерий . [72] : 103 исследования, проведенные в районе Снежных гор в Австралии, показали, что метанотрофные бактерии окисляют 8 тонн метана в год на ферме площадью 1000 гектаров. 200 коров на одной ферме выделяют 5,4 тонны метана в год. Таким образом, одна корова выделяла 27 кг метана в год, а бактерии окисляли 8 кг на гектар. Выбросами одной коровы было окислено 27/8 ≈ 3,4 га.
Термиты также содержат в кишечнике метаногенные микроорганизмы. Однако некоторые из этих микроорганизмов настолько уникальны, что не живут больше нигде в мире, кроме третьей кишки термитов. Эти микроорганизмы также расщепляют биотические компоненты с образованием этанола , а также побочного продукта метана. Однако, в отличие от жвачных животных, которые теряют 20% энергии из поедаемых ими растений, термиты теряют при этом только 2% своей энергии. [73] Таким образом, термитам не нужно есть столько же пищи, сколько жвачным животным, чтобы получить такое же количество энергии, и они выделяют пропорционально меньше метана.
В 2001 году исследователи НАСА подтвердили жизненно важную роль кишечной ферментации в животноводстве в глобальном потеплении. [74] В докладе ФАО ООН за 2006 год сообщается, что животноводство производит больше парниковых газов (в эквиваленте CO 2 ), чем весь транспортный сектор. На долю домашнего скота приходится 9% антропогенного CO2 , 65%т антропогенной закиси азота и 37% антропогенного метана. [75] С тех пор исследователи в области зоотехники и биотехнологий сосредоточили свои исследования на метаногенах в рубце домашнего скота и уменьшении выбросов метана. [76]
Николас Стерн, автор Обзора Стерна об изменении климата за 2006 год, заявил, что «людям придется стать вегетарианцами, если мир хочет победить изменение климата». [77] В 2003 году президент Национальной академии наук Ральф Цицерон , ученый-атмосферник, выразил обеспокоенность по поводу того, что увеличение поголовья молочного и мясного скота, производящего метан, является «серьезной темой», поскольку метан является «вторым источником метана». -самый важный парниковый газ в атмосфере». [78]
Примерно 5% метана выделяется через газы , а остальные 95% — через отрыжку . В настоящее время разрабатываются вакцины для уменьшения количества, попадающего через отрыжку. [79] Морские водоросли спаржа в качестве кормовой добавки для скота позволили сократить выбросы метана более чем на 80%. [80]
Из-за большого количества органических веществ и наличия анаэробных условий свалки являются третьим по величине источником атмосферного метана в Соединенных Штатах, на их долю приходится примерно 18,2% выбросов метана в мире в 2014 году. [81] Когда отходы впервые добавляются в на свалке много кислорода, поэтому он подвергается аэробному разложению; в течение этого времени образуется очень мало метана. Однако, как правило, в течение года уровень кислорода снижается, и на свалке преобладают анаэробные условия, позволяющие метаногенам взять на себя процесс разложения. Эти метаногены выделяют метан в атмосферу, и даже после закрытия свалки массовое количество разлагающегося вещества позволяет метаногенам продолжать производить метан в течение многих лет. [82]
Сооружения по очистке сточных вод предназначены для удаления органических веществ, твердых веществ, патогенов и химических опасностей, возникающих в результате загрязнения человека. Выбросы метана на очистных сооружениях происходят в результате анаэробной обработки органических соединений и анаэробного биоразложения осадка. [83]
По оценкам , естественные и антропогенные выбросы метана из водных экосистем составляют около половины общих глобальных выбросов. [84] Ожидается, что урбанизация и эвтрофикация приведут к увеличению выбросов метана из водных экосистем. [84]
Преобразование лесов и природной среды в сельскохозяйственные участки увеличивает количество азота в почве, что подавляет окисление метана , ослабляя способность метанотрофных бактерий в почве действовать как поглотители. [85] Кроме того, изменяя уровень грунтовых вод, люди могут напрямую влиять на способность почвы выступать в качестве источника или поглотителя. Взаимосвязь между уровнем грунтовых вод и выбросами метана объясняется в разделе природных источников, посвященном водно-болотным угодьям.
Выращивание риса является важным источником метана. При теплой погоде и заболоченной почве рисовые поля действуют как водно-болотные угодья, но созданы людьми с целью производства продуктов питания. Из-за болотистой среды рисовых полей в 2022 году эти поля выбросили около 30 из 400 миллионов метрических тонн антропогенного метана. [86]
Неполное сгорание как живого, так и мертвого органического вещества приводит к выбросу метана. Хотя естественные лесные пожары могут способствовать выбросам метана, большая часть сжигания биомассы происходит по вине человека – включая все, от случайных поджогов гражданскими лицами до преднамеренных поджогов, используемых для расчистки земель, и сжиганий биомассы, происходящих в результате уничтожения отходов. [87]
Метан является основным компонентом природного газа , и поэтому при добыче, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа значительное количество метана теряется в атмосферу. [83]
Согласно отчету Агентства по охране окружающей среды США о выбросах и поглотителях парниковых газов: 1990–2015 гг. , выбросы метана из систем природного газа и нефти в США в 2015 г. составили 8,1 Тг в год. По оценкам Агентства по охране окружающей среды, газовая система выбрасывает 6,5 Тг метана в год, тогда как нефтяные системы выбрасывают 1,6 Тг метана в год. [88] Выбросы метана происходят во всех секторах газовой промышленности, от бурения и добычи, сбора, переработки и транспортировки до распределения. Эти выбросы происходят в результате нормальной работы, планового технического обслуживания, неорганизованных утечек, сбоев в работе систем и вентиляции оборудования. В нефтяной промышленности некоторые подземные запасы сырой нефти содержат природный газ, который увлекается нефтью при высоких пластовых давлениях. При удалении нефти из пласта образуется попутный газ .
Однако обзор исследований выбросов метана показывает, что в отчете Агентства по охране окружающей среды «Инвентаризация выбросов и поглотителей парниковых газов: 1990–2015 годы», вероятно, значительно недооценены выбросы метана в 2015 году в цепочке поставок нефти и природного газа. В обзоре сделан вывод, что в 2015 году цепочка поставок нефти и природного газа выбрасывала 13 Тг метана в год, что примерно на 60% больше, чем в отчете Агентства по охране окружающей среды за тот же период времени. Авторы пишут, что наиболее вероятной причиной несоответствия является занижение выборки Агентством по охране окружающей среды так называемых «аномальных условий эксплуатации», во время которых могут выделяться большие количества метана. [89]
В 2014 году исследователи НАСА сообщили об открытии метанового облака площадью 2500 квадратных миль (6500 км2 ) , плавающего над регионом Четырех Углов на юго-западе США. Открытие было основано на данных, полученных с 2002 по 2012 год с помощью сканирующего абсорбционного спектрометра для атмосферной картографии Европейского космического агентства. [90]
В отчете сделан вывод, что «источником, скорее всего, является добыча и переработка газа, угля и метана угольных пластов ». В период с 2002 по 2012 год этот регион ежегодно выбрасывал 590 000 метрических тонн метана, что почти в 3,5 раза превышает широко используемые оценки в базе данных выбросов Европейского Союза для глобальных атмосферных исследований. [90] В 2019 году Международное энергетическое агентство (МЭА) подсчитало, что выбросы метана из угольных шахт мира нагревают глобальный климат с той же скоростью, что и судоходство и авиационная промышленность вместе взятые. [91]
Вечная мерзлота содержит почти в два раза больше углерода, чем атмосфера, [92] при этом около 20 Гт метана, связанного с вечной мерзлотой, захвачено в метановых клатратах . [93] Таяние вечной мерзлоты приводит к образованию термокарстовых озер в богатых льдом отложениях едомы . [94] Метан, замороженный в вечной мерзлоте , медленно высвобождается по мере таяния вечной мерзлоты. [95] Радиоуглеродный анализ следов метана в пузырьках озер и органического углерода в почве показал, что за последние 60 лет в виде метана и углекислого газа было выпущено от 0,2 до 2,5 пг углерода вечной мерзлоты. [96] Волна жары 2020 года могла привести к выбросу значительного количества метана из карбонатных отложений в вечной мерзлоте Сибири. [97]
Выбросы метана в результате «обратной связи углерода вечной мерзлоты» — усиления поверхностного потепления из-за усиленного радиационного воздействия за счет выделения углерода из вечной мерзлоты — могут привести к выбросам углерода примерно в 205 Гт, что приведет к дополнительному потеплению на 0,5 °C (0,9 °F). к концу 21 века. [98] Однако недавние исследования, основанные на изотопном составе углерода атмосферного метана, заключенного в пузырьки антарктического льда, позволяют предположить, что выбросы метана из вечной мерзлоты и гидратов метана были незначительными во время последней дегляциации , что позволяет предположить, что будущие выбросы метана из вечной мерзлоты могут быть ниже, чем предполагалось ранее. . [99]
При высоких давлениях, например, на дне океана, метан образует с водой твердый клатрат , известный как гидрат метана . Неизвестное, но, возможно, очень большое количество метана содержится в этой форме в океанских отложениях.
Теории предполагают, что если глобальное потепление заставит их достаточно нагреться, весь этот метан снова может быть выброшен в атмосферу. Поскольку метан в двадцать пять раз прочнее (при заданном весе, в среднем за 100 лет), чем CO .
2как парниковый газ; это значительно усилит парниковый эффект.
В отчете Рабочей группы 1 МГЭИК за 2021 год (AR6) говорится, что «очень маловероятно, что газовые клатраты (в основном метан) в более глубоких слоях вечной мерзлоты и подводных клатратах приведут к заметному отклонению от траектории выбросов в течение этого столетия». [51] : 5
Использование природного газа и биогаза в двигателях внутреннего сгорания для таких применений, как производство электроэнергии, когенерация и тяжелые транспортные средства или морские суда, такие как перевозчики СПГ , использующие отходящий газ для движения, приводит к выбросам определенного процента несгоревших углеводородов , из которых 85% составляет метан. . Климатические проблемы, связанные с использованием газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, могут свести на нет или даже свести на нет преимущества меньшего количества выбросов CO 2 и твердых частиц. «проскальзывание метана») составляло около 7 г на кг СПГ при более высоких нагрузках двигателя и возрастало до 23–36 г при более низких нагрузках. Это увеличение может быть связано с медленным сгоранием при более низких температурах, что позволяет небольшим количествам газа избежать процесса сгорания. ". Дорожные транспортные средства работают больше при низкой нагрузке, чем судовые двигатели, что приводит к относительно более высокому выносу метана.
Глобальное потепление из - за выбросов ископаемого топлива вызвало выбросы арктического метана , то есть выбросы метана из морей и почв в районах вечной мерзлоты Арктики . Хотя в долгосрочной перспективе это естественный процесс, выброс метана усугубляется и ускоряется глобальным потеплением . Это приводит к негативным последствиям, поскольку метан сам по себе является мощным парниковым газом .
Арктический регион является одним из многих природных источников парникового газа метана. [100] Глобальное потепление ускоряет его выброс как из-за выброса метана из существующих хранилищ, так и из-за метаногенеза в гниющей биомассе . [101] Большие количества метана хранятся в Арктике в месторождениях природного газа , вечной мерзлоте и в виде подводных клатратов . Вечная мерзлота и клатраты разлагаются при потеплении, [102] поэтому в результате глобального потепления могут возникнуть большие выбросы метана из этих источников. [103] [104] [105] Другие источники метана включают подводные талики , речной транспорт, отступление ледового комплекса, подводную вечную мерзлоту и разлагающиеся залежи газогидратов. [106]
Прибор мониторинга тропосферы на борту космического корабля Sentinel-5P Европейского космического агентства, запущенного в октябре 2017 года, обеспечивает наиболее подробный мониторинг выбросов метана, который доступен общественности. Его разрешение составляет около 50 квадратных километров. [107]
MthanSAT разрабатывается Фондом защиты окружающей среды в сотрудничестве с исследователями Гарвардского университета для мониторинга выбросов метана с улучшенным разрешением в 1 километр. MthanSAT предназначен для мониторинга 50 крупных нефтегазовых объектов, а также может использоваться для мониторинга свалок и сельского хозяйства. Он получает финансирование от Audacious Project (сотрудничество TED и Фонда Гейтса ) и, по прогнозам, будет запущен уже в 2024 году .
Неопределенности в выбросах метана, включая так называемые «суперэмиттеры» добычи ископаемых [109] и необъяснимые атмосферные колебания, [110] подчеркивают необходимость улучшения мониторинга как в региональном, так и в глобальном масштабе. Недавно начали появляться спутники, способные измерять метан и другие более мощные парниковые газы с улучшенным разрешением. [111] [112] [113]
Прибор Tropomi [114] на Sentinel-5 , запущенный в 2017 году Европейским космическим агентством, может измерять концентрации метана, диоксида серы, диоксида азота, оксида углерода, аэрозолей и озона в тропосфере Земли с разрешением в несколько километров. [109] [115] [116] В 2022 году было опубликовано исследование с использованием данных прибора, контролирующего большие выбросы метана во всем мире; Над объектами добычи нефти и газа обнаружено 1200 крупных метановых шлейфов. [117] Прибор НАСА EMIT также выявил суперизлучатели. [118]
Японская платформа GOSAT-2 , запущенная в 2018 году, обеспечивает аналогичные возможности. [119]
Спутник Claire, запущенный в 2016 году канадской фирмой GHGSat, использует данные Тропоми для выявления источников выбросов метана площадью всего 15 м 2 . [111]
Планируются другие спутники, которые повысят точность и частоту измерений метана, а также предоставят большую возможность относить выбросы к наземным источникам. К ним относятся MthanSAT , запуск которого ожидается в 2022 году, и CarbonMapper.
Создаются глобальные карты , объединяющие спутниковые данные , которые помогут выявить и контролировать основные источники выбросов метана. [120] [121] [122]
Международная обсерватория по выбросам метана была создана ООН.
Чтобы смягчить последствия изменения климата, ученые сосредоточились на количественной оценке глобального баланса метана CH 4 , поскольку концентрация метана продолжает расти — сейчас он занимает второе место после углекислого газа с точки зрения воздействия на климат. [123] Дальнейшее понимание атмосферного метана необходимо для «оценки реалистичных путей» смягчения последствий изменения климата. [123] Различные исследовательские группы приводят следующие значения выбросов метана:
В 2010 году Китай ввел правила, требующие, чтобы угольные электростанции либо улавливали выбросы метана, либо преобразовывали метан в CO 2. Согласно документу Nature Communications , опубликованному в январе 2019 года, выбросы метана вместо этого увеличились на 50 процентов в период с 2000 по 2015 год. [128] [129]
В марте 2020 года Exxon призвала к ужесточению правил по метану, которые будут включать обнаружение и устранение утечек метана , минимизацию вентиляции и выбросов несгоревшего метана, а также требования к отчетности для компаний. [130] Однако в августе 2020 года Агентство по охране окружающей среды США отменило предыдущее ужесточение правил выбросов метана для нефтегазовой отрасли США. [131] [132]
По данным Международного энергетического агентства (МЭА) , около 40% выбросов метана в отрасли ископаемого топлива можно «устранить без каких-либо чистых затрат для компаний», используя существующие технологии. [15] Сорок процентов составляют 9% всех выбросов метана человеком. [15]
Чтобы сократить выбросы в газовой промышленности, Агентство по охране окружающей среды разработало программу Natural Gas STAR, также известную как Gas STAR. [83]
Программа по распространению метана угольных пластов (CMOP) помогает и поощряет горнодобывающую промышленность находить способы использования или продажи метана , который в противном случае был бы выброшен из угольной шахты в атмосферу. [83]
В 2023 году Европейский Союз согласился принять закон, который потребует от компаний, работающих на ископаемом топливе, отслеживать и сообщать об утечках метана, а также устранять их в течение короткого периода времени. Закон также обязывает устранять выбросы метана и его сжигание в факелах . Соединенные Штаты и Китай заявили, что они включат цели по сокращению выбросов метана в свои следующие климатические планы, но еще не приняли правила, обязывающие отслеживать, сообщать или устранять утечки метана. [134]
Чтобы противодействовать количеству метана, выделяемого жвачными животными, был разработан препарат под названием монензин (продаваемый как румензин ). Этот препарат классифицируется как ионофор , который представляет собой антибиотик, который естественным образом вырабатывается безвредным штаммом бактерий. Этот препарат не только повышает эффективность кормления, но и снижает количество метана, выделяемого животным и его навозом. [135]
Помимо медицины, были разработаны специальные методы обращения с навозом для противодействия выбросам навоза домашнего скота. Образовательные ресурсы начали предоставляться небольшим фермерским хозяйствам. Методы управления включают ежедневный сбор и хранение навоза в полностью закрытом хранилище, которое предотвращает попадание стоков в водоемы. Затем навоз можно хранить на складе до тех пор, пока он не будет повторно использован в качестве удобрения или вывезен и сохранен в компосте за пределами площадки. Содержание питательных веществ в навозе различных животных обеспечивает оптимальное использование в качестве компоста для садов и сельского хозяйства. [136]
Чтобы уменьшить воздействие на окисление метана в почве, можно предпринять несколько шагов. Контроль использования удобрений, повышающих содержание азота, и уменьшение количества азотных загрязнений в воздухе могут снизить ингибирование окисления метана. Кроме того, использование более засушливых условий выращивания таких культур, как рис, и выбор сортов культур, которые производят больше продуктов питания на единицу площади, могут уменьшить количество земель с идеальными условиями для метаногенеза. Тщательный выбор территорий переустройства земель (например, распашка лесов для создания сельскохозяйственных полей) также может уменьшить разрушение основных территорий окисления метана. [ нужна цитата ]
Чтобы противодействовать выбросам метана на свалках, 12 марта 1996 года Агентство по охране окружающей среды (EPA) добавило «Правило свалок» к Закону о чистом воздухе. Это правило требует, чтобы крупные свалки, которые когда-либо принимали твердые бытовые отходы , использовались по состоянию на 8 ноября 1987 года, могли содержать не менее 2,5 миллионов метрических тонн отходов объемом более 2,5 миллионов кубических метров и / или содержали неметановые органические соединения. (NMOC) выбросы не менее 50 метрических тонн в год для сбора и сжигания выбрасываемого свалочного газа . [137] Этот набор требований исключает 96% свалок в США. Хотя прямым результатом этого является сокращение выбросов неметановых соединений, образующих смог, на свалках, косвенным результатом также является сокращение выбросов метана.
В попытке поглотить метан, который уже производится на свалках, были проведены эксперименты по добавлению в почву питательных веществ, позволяющих метанотрофам процветать. Было показано, что эти свалки с добавлением питательных веществ действуют как небольшие поглотители метана, позволяя большому количеству метанотрофов поглощать метан из воздуха и использовать его в качестве энергии, что эффективно снижает выбросы свалки. [138]
Россия является крупнейшим в мире источником выбросов метана от нефтегазовой отрасли
{{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Выбросы мощного парникового газа от угля, нефти и газа на 60% больше, чем предполагалось ранее, а это означает, что текущие модели прогнозирования климата должны быть пересмотрены, как показывают исследования.
{{cite journal}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link)Выбросы метана в Китае увеличились на 50 процентов в период с 2000 по 2015 год.