stringtranslate.com

Удаление метана из атмосферы

Удаление метана из атмосферы — это категория потенциальных подходов, которые изучаются для ускорения распада метана , находящегося в атмосфере, с целью смягчения некоторых последствий изменения климата . [1]

Содержание метана в атмосфере увеличилось с доиндустриальных времен с 0,7 ppm до 1,9 ppm. [2] С 2010 по 2019 год выбросы метана стали причиной 0,5 °C (около 30%) наблюдаемого глобального потепления . [3] [4] Глобальные выбросы метана приблизились к рекордным 600 Тг CH4 в год в 2017 году. [1]

Естественные поглотители атмосферного метана

Глобальный бюджет метана 2017 г., показывающий поглотители метана

Метан имеет ограниченное время жизни в атмосфере, около 10 лет, из-за значительных стоков метана . Первичный сток метана - это атмосферное окисление от гидроксильных радикалов (~90% от общего стока) и радикалов хлора (0-5% от общего стока). Остальное потребляется метанотрофами и другими метан-окисляющими бактериями и археями в почвах (~5%). [5]

Возможные подходы

Различные методы удаления метана из атмосферы включают термокаталитическое окисление, фотокаталитическое окисление, биологическое метанотрофное удаление метана, концентрацию с помощью цеолитов или других пористых твердых веществ и разделение с помощью мембран. [6]

Потенциальные методы можно классифицировать по лежащему в их основе каталитическому процессу или по потенциальной форме внедрения.

Усиление окисления метана в атмосфере

Усиленное окисление метана в атмосфере — это концепция усиления общего окислительного поглощения метана в атмосфере за счет генерации дополнительных атмосферных радикалов гидроксила или хлора .

Аэрозоли солей железа

Аэрозоли солей железа являются одним из предложенных методов усиленного окисления метана в атмосфере, который включает в себя выброс частиц на основе железа в атмосферу (например, с самолетов [7] или кораблей) для усиления радикалов хлора в атмосфере, естественного поглотителя метана. [8] Ветры над Сахарой ​​поднимают пыль в тропосферу и рассеивают ее над Атлантикой. [9] Исследование 2023 года предполагает, что это способствовало естественному окислению метана в атмосфере. [10] [11]

Аэрозоли солей железа изучаются на предмет возможности хлорида железа (III) (FeCl 3 ) катализировать образование радикалов хлора. [12] Атомы хлора производятся путем фотолиза из FeCl 3 , образующегося из содержащих железо аэрозольных частиц пыли в пограничном слое океана . [13]

Удаление атмосферного метана с помощью FeCl 3
FeCl 3 + hv → FeCl 2 + oCl

Атомы хлора инициируют окисление метана:

CH4 + oCl → HCl + oCH3​

Образующийся метильный радикал нестабилен и естественным образом окисляется до CO2 и воды:

3,5О 2 + 2 о СН 3 → 2СО 2 + 3Н 2 О
Побочные эффекты хлорида железа

Мелкие частицы, рассеянные в атмосфере, могут служить ядрами конденсации облаков и тем самым вызывать осветление морских облаков [14]

В конце концов все частицы FeCl 3 вымываются из воздуха и падают на землю или воду, где они растворяются в соединениях железа и соли. [12]

Поэтому аэрозоли солей железа также могут способствовать обогащению почвы железом .

Улучшение наземных метанотрофов

Почвенные бактерии и археи составляют около 5% естественного поглощения метана. Ранние исследования направлены на то, как можно усилить активность этих бактерий, либо с помощью использования почвенных добавок, либо путем введения выбранных или искусственно созданных бактерий, окисляющих метан. [15]

Каталитические инженерные системы

Каталитические инженерные системы предназначены для пропускания воздуха из атмосферы, пассивно или активно, через каталитические системы, которые используют энергию солнца, искусственного света или тепла для окисления метана. Эти катализаторы включают термокатализаторы, фотокатализаторы и радикалы, полученные искусственно посредством фотолиза (использование света для расщепления молекулы). [15]

Ссылки

  1. ^ ab Джексон, Роберт (2021). «Удаление метана из атмосферы: исследовательская программа». Philosophical Transactions A . 379 (20200454). Bibcode :2021RSPTA.37900454J. doi :10.1098/rsta.2020.0454. PMC  8473948 . PMID  34565221.
  2. ^ «Рост уровня метана может быть признаком того, что климат Земли находится на полпути к «переходу на завершающий уровень»». 14 августа 2023 г.
  3. ^ "Рисунок AR6 WG1". ipcc.ch . Получено 2023-10-05 .
  4. ^ «Метан и изменение климата».
  5. ^ Сонуа, Мариэль; Ставерт, Энн Р.; Поултер, Бен; Буске, Филипп; Канаделл, Хосеп Г.; Джексон, Роберт Б.; Раймонд, Питер А.; Длугокенски, Эдвард Дж.; Хаувелинг, Сандер; Патра, Прабир К.; Сиа, Филипп; Арора, Вивек К.; Баствикен, Дэвид; Бергамаски, Питер; Блейк, Дональд Р. (15 июля 2020 г.). «Глобальный бюджет метана 2000–2017». Данные науки о системе Земли . 12 (3): 1561–1623. Бибкод : 2020ESSD...12.1561S. doi : 10.5194/essd-12-1561-2020 . ISSN  1866-3508.
  6. ^ Нисбет-Джонс, Питер БР; Фернандес, Джулианна М.; Фишер, Ребекка Э.; Франс, Джеймс Л.; Лоури, Дэвид; Уолтем, Дэвид А.; Вулли Майш, Серес А.; Нисбет, Юан Г. (24 января 2022 г.). «Является ли уничтожение или удаление атмосферного метана стоящим вариантом?». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 380 (2215). Bibcode : 2022RSPTA.38010108N. doi : 10.1098/rsta.2021.0108. PMC 8646139. PMID  34865528 . 
  7. ^ Atmospheric Methane Removal AG (8 марта 2024 г.). «Рассеивание самолетами». amr.earth .
  8. ^ «Аэрозоли солей железа — удаление метана из атмосферы». sparkclimate.org . Получено 2024-04-09 .
  9. ^ Рэдфорд, Тим (16 июля 2014 г.). «Пыль пустыни питает жизнь в глубинах океана». The Daily Climate .
  10. ^ "Spark Climate Solutions". sparkclimate.org . Получено 2023-10-05 .
  11. ^ ван Херпен, Маартен и др. (2023). «Фотокаталитическое производство атомов хлора на минеральной пыли – аэрозолях морских брызг над Северной Атлантикой». PNAS . 120 (31): e2303974120. Bibcode :2023PNAS..12003974V. doi :10.1073/pnas.2303974120. PMC 10400977 . PMID  37487065. 
  12. ^ ab Franz D. Oeste; Renaud de Richter; Thingzhen Ming (2017). «Климатическая инженерия путем имитации естественного пылевого контроля климата: метод аэрозоля солей железа». Earth System Dynamics . 8 (1): 1–54. Bibcode : 2017ESD.....8....1O. doi : 10.5194/esd-8-1-2017 .
  13. ^ Oum KW, Lakin MJ, DeHaan DO, Brauers T, Finlayson-Pitts BJ (2 января 1998 г.). «Образование молекулярного хлора при фотолизе озона и водных частиц морской соли». Science . 279 (5347): 74–77. Bibcode :1998Sci...279...74O. doi :10.1126/science.279.5347.74. PMID  9417027.
  14. ^ Мейс, Джеральд Г. (1 февраля 2023 г.). «Естественное осветление морских облаков в Южном океане». EGU Atmospheric Chemistry and Physics . 23 (1677–1685): 74–77. doi : 10.5194/acp-23-1677-2023 .
  15. ^ ab Jackson, Robert B.; Abernethy, Sam; Canadell, Josep G.; Cargnello, Matteo; Davis, Steven J.; Féron, Sarah; Fuss, Sabine; Heyer, Alexander J.; Hong, Chaopeng; Jones, Chris D.; Damon Matthews, H.; O'Connor, Fiona M.; Pisciotta, Maxwell; Rhoda, Hannah M.; de Richter, Renaud (15.11.2021). "Удаление метана из атмосферы: исследовательская программа". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 379 (2210): 20200454. Bibcode : 2021RSPTA.37900454J. doi : 10.1098/rsta.2020.0454. ISSN  1364-503X. PMC 8473948. PMID 34565221  .