Увеличение выбросов метана является основным фактором, способствующим повышению концентрации парниковых газов в атмосфере Земли , и ответственно за одну треть краткосрочного глобального потепления . [1] [2] В 2019 году около 60% (360 миллионов тонн) метана , выброшенного в мире, было результатом деятельности человека, в то время как естественные источники внесли около 40% (230 миллионов тонн). [3] [4] Сокращение выбросов метана путем улавливания и использования газа может одновременно принести экологические и экономические выгоды. [1] [5]
Со времен промышленной революции концентрация метана в атмосфере увеличилась более чем вдвое, и около 20 процентов потепления, которое испытала планета, можно отнести к газу. [6] Около трети (33%) антропогенных выбросов происходит из-за выделения газа при добыче и доставке ископаемого топлива ; в основном из-за выброса газа и утечек газа как из активной 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 аналогичным крупным источником (30%); в основном из-за кишечной ферментации 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 метанового газа в год. [11] Жвачные животные могут производить от 250 до 500 л метана в день. [12]
Потоки отходов потребления человеком, особенно те, которые проходят через свалки и очистку сточных вод , выросли и стали третьей основной категорией (18%). Растительное сельское хозяйство, включая как производство продуктов питания, так и биомассы , составляет четвертую группу (15%), причем производство риса является крупнейшим отдельным источником. [1] [13]
Водно-болотные угодья мира обеспечивают около трех четвертей (75%) устойчивых природных источников метана. [3] [4] Просачивание из приповерхностных залежей углеводородов и клатратных гидратов , вулканические выбросы , лесные пожары и выбросы термитов составляют большую часть остатка. [13] Вклад выживших диких популяций жвачных млекопитающих значительно перекрывается вкладом 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 проблем с выбросами углерода ». [15] [16]
Концентрация метана в атмосфере (CH 4 ) увеличивается и превысила 1860 частей на миллиард в 2019 году, что в два с половиной раза превышает доиндустриальный уровень. [19] Сам метан вызывает прямое радиационное воздействие , которое уступает только воздействию углекислого газа (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 потепления метана косвенным радиационным воздействием . [21] Когда происходят такие взаимодействия, также образуется более долгоживущий и менее мощный CO 2. Включая как прямое, так и косвенное воздействие, увеличение атмосферного метана ответственно примерно за одну треть краткосрочного глобального потепления. [1] [2]
Хотя метан удерживает гораздо больше тепла, чем такая же масса углекислого газа, менее половины выброшенного CH4 остается в атмосфере через десятилетие. В среднем углекислый газ нагревается гораздо дольше, если предположить, что темпы связывания углерода не изменятся. [22] [23] Потенциал глобального потепления (ПГП) — это способ сравнения потепления, вызванного другими газами, с потеплением, вызванным углекислым газом, за определенный период времени. ПГП метана 20 из 85 означает, что тонна CH4 , выброшенная в атмосферу, создает примерно в 85 раз большее потепление атмосферы, чем тонна CO2 за период в 20 лет. [23] В 100-летней шкале 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 производится микроорганизмами в процессе, называемом метаногенезом . При определенных условиях смесь процессов, ответственных за образец метана, может быть выведена из соотношения изотопов углерода и с помощью методов анализа, подобных углеродному датированию . [26] [27]
По состоянию на 2020 год [обновлять]объемы выбросов из некоторых источников остаются более неопределенными, чем из других; отчасти из-за локализованных выбросов, не зафиксированных ограниченными глобальными возможностями измерения. Время, необходимое для того, чтобы выброс метана стал хорошо перемешанным по всей тропосфере Земли , составляет около 1–2 лет. [28]
Спутниковые данные показывают, что более 80% роста выбросов метана в период 2010–2019 гг. приходится на выбросы в тропической зоне суши. [29] [30]
Накапливаются исследования и данные, показывающие, что выбросы метана в нефтегазовой промышленности (или при добыче, распределении и использовании ископаемого топлива) намного больше, чем предполагалось. [31] [32] [33] [34] [35]
Естественные источники всегда были частью цикла метана . Выбросы водно-болотных угодий снижаются из-за осушения сельскохозяйственных и строительных площадей.
Большинство экологических выбросов метана напрямую связаны с метаногенами, которые вырабатывают метан в теплых влажных почвах, а также в пищеварительных трактах некоторых животных. Метаногены — это микроорганизмы, вырабатывающие метан. Для производства энергии они используют анаэробный процесс, называемый метаногенезом. Этот процесс используется вместо аэробных или кислородных процессов, поскольку метаногены не способны метаболизировать в присутствии даже небольших концентраций кислорода. Когда ацетат расщепляется в метаногенезе, результатом является выброс метана в окружающую среду.
Метаногенез , научный термин для производства метана, происходит в основном 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 процессе анаэробной ферментации, с образованием метана и углекислого газа.
Гидрогенотрофный метаногенез — археи окисляют водород углекислым газом с образованием метана и воды.
В то время как ацетокластический метаногенез и гидрогенотрофный метаногенез являются двумя основными исходными реакциями для атмосферного метана, также происходят и другие второстепенные биологические реакции источника метана. Например, было обнаружено, что воск на поверхности листьев, подвергающийся воздействию УФ-излучения в присутствии кислорода, является аэробным источником метана. [42]
Выбросы метана в атмосферу напрямую связаны с температурой и влажностью. Таким образом, естественные изменения окружающей среды, происходящие во время сезонных изменений, выступают в качестве основного регулятора выбросов метана. Кроме того, даже изменения температуры в течение дня могут влиять на количество производимого и потребляемого метана. [ необходима цитата ]
Его концентрация выше в Северном полушарии, поскольку большинство источников (как природных, так и антропогенных) расположены на суше, а в Северном полушарии большая площадь суши. [43] Концентрации меняются в зависимости от сезона, например, минимум наблюдается в северных тропиках в апреле-мае, в основном из-за удаления гидроксильным радикалом . [44]
Например, растения, вырабатывающие метан, могут выделять в два-четыре раза больше метана в течение дня, чем ночью. [45] Это напрямую связано с тем фактом, что растения, как правило, полагаются на солнечную энергию для осуществления химических процессов.
Кроме того, выбросы метана зависят от уровня водных источников. Сезонные наводнения весной и летом естественным образом увеличивают количество метана, выбрасываемого в воздух. [ необходима цитата ]
Выбросы парниковых газов из водно-болотных угодий , вызывающих беспокойство, состоят в основном из выбросов метана и закиси азота . Водно-болотные угодья являются крупнейшим естественным источником атмосферного метана в мире и, следовательно, представляют собой серьезную область беспокойства в отношении изменения климата . [46] [47] [48] На водно-болотные угодья приходится около 20–30% атмосферного метана за счет выбросов из почв и растений, и они вносят в атмосферу в среднем около 161 Тг метана в год. [49]
Водно- болотные угодья характеризуются заболоченными почвами и особыми сообществами видов растений и животных , которые приспособились к постоянному присутствию воды . Этот высокий уровень водонасыщения создает условия, благоприятствующие образованию метана. Большая часть метаногенеза , или образования метана, происходит в среде с низким содержанием кислорода . Поскольку микробы , живущие в теплой влажной среде, потребляют кислород быстрее, чем он может диффундировать из атмосферы, водно-болотные угодья являются идеальной анаэробной средой для ферментации , а также для активности метаногенов . Однако уровень метаногенеза колеблется из-за доступности кислорода , температуры почвы и ее состава. Более теплая, более анаэробная среда с почвой, богатой органическими веществами, позволит более эффективно производить метаногенез. [50]В заболоченных местах, где скорость образования метана высока, растения помогают метану перемещаться в атмосферу, действуя как перевернутые громоотводы, направляя газ вверх через почву в воздух. Также предполагается, что они сами производят метан, но поскольку растениям пришлось бы использовать аэробные условия для производства метана, сам процесс до сих пор не идентифицирован, согласно статье Biogeochemistry 2014 года . [51]
В статье 1994 года о выбросах метана из северных водно-болотных угодий говорилось, что с 1800-х годов концентрация метана в атмосфере ежегодно увеличивалась примерно на 0,9% [45] .
В AR6 МГЭИК говорится: «Не вызывает сомнений, что увеличение содержания в атмосфере углекислого газа (CO2 ) , метана (CH4 ) и закиси азота (N2O ) с доиндустриального периода в подавляющем большинстве случаев вызвано деятельностью человека». [52] [53] [54] На долю атмосферного метана приходится 20% общего радиационного воздействия (РВ) всех долгоживущих и глобально смешанных парниковых газов.
Согласно оценке 2021 года, проведенной Коалицией по климату и чистому воздуху (CCAC) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), более 50% глобальных выбросов метана вызваны деятельностью человека в ископаемом топливе (35%), отходах (20%) и сельском хозяйстве (40%). На нефтегазовую промышленность приходится 23%, а на добычу угля — 12%. Двадцать процентов глобальных антропогенных выбросов приходится на свалки и сточные воды. Навоз и кишечная ферментация составляют 32%, а выращивание риса — 8%. [55]
Наиболее четко выявленный рост атмосферного метана в результате человеческой деятельности 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 увеличилась, затем ненадолго стабилизировалась в 1990-х годах [56] , только чтобы снова начать расти в 2007 году. После 2014 года рост ускорился и к 2017 году достиг 1850 (частей на миллиард) ppb. [57] [58]
Повышение уровня метана в результате современной деятельности человека происходит из-за ряда конкретных источников, включая промышленную деятельность, добычу нефти и природного газа из подземных месторождений, [59] транспортировку нефти и природного газа по трубопроводам, а также 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. [60]
В статье Института климата, окружающей среды и энергетики Вупперталя за 2005 год трубопроводы, транспортирующие природный газ, были определены как источник выбросов метана. В статье приводился пример Транссибирской газопроводной системы в Западную и Центральную Европу из Ямбургского и Уренгойского газовых месторождений в России с концентрацией метана 97%. [61] В соответствии с требованиями МГЭИК и других групп по контролю выбросов природного газа, измерения должны были проводиться по всему трубопроводу для измерения выбросов метана от технологических сбросов и утечек на фитингах и вентиляционных отверстиях трубопровода. Хотя большинство утечек природного газа составлял углекислый газ, значительное количество метана также постоянно выбрасывалось из трубопровода в результате утечек и поломок. В 2001 году выбросы природного газа из трубопровода и системы транспортировки природного газа составили 1% от добытого природного газа. [61] В период с 2001 по 2005 год этот показатель снизился до 0,7%, значение 2001 года было значительно меньше значения 1996 года. [61]
В статье 2012 года « Изменение климата» и публикации 2014 года группы ученых под руководством Роберта У. Ховарта говорилось, что существуют веские доказательства того, что «сланцевый газ имеет больший след парниковых газов, чем обычный газ, рассматриваемый в любой временной шкале. След парниковых газов сланцевого газа также превышает след нефти или угля, если рассматривать в десятилетних временных масштабах». [62] [63] Ховарт призвал к изменению политики для регулирования выбросов метана в результате гидроразрыва пласта и разработки сланцевого газа. [64]
Исследование 2013 года, проведенное группой исследователей под руководством Скотта М. Миллера, показало, что политика США по сокращению выбросов парниковых газов в 2013 году основывалась на, по-видимому, существенной недооценке антропогенных выбросов метана. [65] В статье говорилось, что «выбросы парниковых газов от сельского хозяйства и добычи и переработки ископаемого топлива» — нефти и/или природного газа — «вероятно, в два раза или больше превышают указанные в существующих исследованиях». [65] К 2001 году, после подробного изучения антропогенных источников изменения климата, исследователи МГЭИК обнаружили, что «есть более веские доказательства того, что большая часть наблюдаемого потепления за последние 50 лет [была] связана с деятельностью человека». [66] [67] Со времен промышленной революции люди оказали значительное влияние на концентрацию атмосферного метана, увеличив ее примерно на 250%. [68] Согласно отчету МГЭИК за 2021 год , 30–50 % нынешнего повышения температуры вызвано выбросами метана, [69] а сокращение выбросов метана является быстрым способом смягчения последствий изменения климата . [70] Альянс из 107 стран, включая Бразилию, ЕС и США, присоединился к пакту, известному как Глобальное обязательство по метану, взяв на себя обязательство по достижению коллективной цели по сокращению глобальных выбросов метана как минимум на 30 % от уровня 2020 года к 2030 году. [71] [72]
Европейский союз принял правила по метану в 2024 году. Закон требует от разработчиков нефти и газа контролировать, измерять и сообщать о выбросах метана. Производители должны прекратить сжигать неиспользованный природный газ и использовать спутниковые снимки для обнаружения утечек. [73]
Жвачные животные, особенно коровы и овцы, содержат бактерии в своей желудочно-кишечной системе, которые помогают расщеплять растительный материал. Некоторые из этих микроорганизмов используют ацетат из растительного материала для производства метана, и поскольку эти бактерии живут в желудках и кишечнике жвачных животных, всякий раз, когда животное «рыгает» или испражняется, оно также выделяет метан. Согласно исследованию 2012 года в регионе Снежных гор , количество метана, выделяемого одной коровой, эквивалентно количеству метана, которое могут потребить около 3,4 гектаров метанотрофных бактерий . [74] : 103 исследования в регионе Снежных гор в Австралии показали, что метанотрофные бактерии окисляют 8 тонн метана в год на ферме площадью 1000 гектаров. 200 коров на той же ферме выделяли 5,4 тонны метана в год. Таким образом, одна корова выделяла 27 кг метана в год, в то время как бактерии окисляли 8 кг на гектар. Выбросы одной коровы окислились на 27/8 ≈ 3,4 га.
Термиты также содержат метаногенные микроорганизмы в своем кишечнике. Однако некоторые из этих микроорганизмов настолько уникальны, что они не живут больше нигде в мире, кроме как в третьем отделе кишечника термитов. Эти микроорганизмы также расщепляют биотические компоненты для производства этанола , а также побочного продукта метана. Однако, в отличие от жвачных животных, которые теряют 20% энергии из растений, которые они едят, термиты теряют только 2% своей энергии в этом процессе. [75] Таким образом, сравнительно, термиты не должны есть столько же пищи, как жвачные животные, чтобы получить то же количество энергии, и выделяют пропорционально меньше метана.
В 2001 году исследователи НАСА подтвердили важную роль кишечной ферментации у скота в глобальном потеплении. [76] В отчете ФАО ООН за 2006 год сообщалось, что скот вырабатывает больше парниковых газов, измеряемых в эквивалентах CO2, чем весь транспортный сектор. На скот приходится 9% антропогенного CO2 , 65%т антропогенной закиси азота и 37% антропогенного метана. [77] С тех пор исследователи в области зоотехники и биотехнологии сосредоточили исследования на метаногенах в рубце скота и смягчении выбросов метана. [78]
Николас Стерн, автор Обзора Стерна 2006 года об изменении климата, заявил, что «людям придется стать вегетарианцами, если мир хочет победить изменение климата». [79] В 2003 году президент Национальной академии наук Ральф Сисрон — ученый, изучающий атмосферу — выразил обеспокоенность по поводу того, что увеличение количества молочного и мясного скота, выделяющего метан, является «серьезной темой», поскольку метан является «вторым по значимости парниковым газом в атмосфере». [80]
Примерно 5% метана выделяется через газы , тогда как остальные 95% выделяются через отрыжку . Вакцины находятся в стадии разработки для снижения количества, вводимого через отрыжку. [81] Водоросли аспарагопсис в качестве добавки к корму для скота сократили выбросы метана более чем на 80%. [82]
Из-за большого количества органических веществ и наличия анаэробных условий свалки являются третьим по величине источником атмосферного метана в Соединенных Штатах, на их долю пришлось примерно 18,2% выбросов метана в мире в 2014 году. [83] Когда отходы впервые помещаются на свалку, кислорода в изобилии, и, таким образом, происходит аэробное разложение; в течение которого выделяется очень мало метана. Однако, как правило, в течение года уровень кислорода истощается, и на свалке доминируют анаэробные условия, что позволяет метаногенам взять на себя процесс разложения. Эти метаногены выделяют метан в атмосферу, и даже после закрытия свалки огромное количество разлагающегося вещества позволяет метаногенам продолжать производить метан в течение многих лет. [84]
Очистные сооружения сточных вод предназначены для удаления органических веществ, твердых веществ, патогенов и химических опасностей, которые являются результатом человеческого загрязнения. Выбросы метана на очистных сооружениях происходят в результате анаэробной обработки органических соединений и анаэробной биодеградации ила. [85]
Выбросы метана в Арктике способствуют повышению концентрации метана в атмосфере . Хотя Арктический регион является одним из многих естественных источников парникового газа метана, в настоящее время в этом также присутствует антропогенный компонент из-за последствий изменения климата . [86] В Арктике основными антропогенными источниками метана являются таяние вечной мерзлоты , таяние арктического морского льда , распад клатратов и таяние ледяного покрова Гренландии . Этот выброс метана приводит к положительной обратной связи по изменению климата (то есть к той, которая усиливает потепление), поскольку метан является мощным парниковым газом. [87] Когда вечная мерзлота тает из-за глобального потепления, большие объемы органического материала могут стать доступными для метаногенеза и, следовательно, могут высвобождаться в виде метана. [88]
Начиная примерно с 2018 года наблюдается устойчивый рост глобальных уровней метана в атмосфере, при этом в 2020 году увеличение на 15,06 частей на миллиард побило предыдущий рекордный рост в 14,05 частей на миллиард, установленный в 1991 году, а в 2021 году будет установлено еще большее увеличение в 18,34 частей на миллиард. [89] Однако в настоящее время нет никаких доказательств, связывающих Арктику с этим недавним ускорением. [90] Фактически, исследование 2021 года показало, что вклад метана из Арктики в целом был переоценен, в то время как вклад тропических регионов был недооценен. [91]
Тем не менее, роль Арктики в глобальных тенденциях метана считается весьма вероятной в будущем. Имеются данные об увеличении выбросов метана с 2004 года из сибирской вечной мерзлоты в атмосферу, связанные с потеплением. [92]
Сокращение выбросов CO2 к 2050 году (т.е. достижение нулевых чистых выбросов ) вероятно недостаточно, чтобы остановить будущее исчезновение летнего ледового покрова Северного Ледовитого океана. Сокращение выбросов метана также необходимо, и это должно быть выполнено в течение еще более короткого периода времени. [93] Такие мероприятия по смягчению должны быть выполнены в трех основных секторах: нефть и газ , отходы и сельское хозяйство. Используя доступные меры, это может составить глобальное сокращение приблизительно на 180 Мт/год или около 45% от текущих (2021) выбросов к 2030 году. [94]По оценкам, естественные и антропогенные выбросы метана из водных экосистем составляют около половины общих мировых выбросов. [95] Ожидается, что урбанизация и эвтрофикация приведут к увеличению выбросов метана из водных экосистем. [95]
Превращение лесов и природных сред в сельскохозяйственные угодья увеличивает количество азота в почве, что подавляет окисление метана , ослабляя способность метанотрофных бактерий в почве действовать как поглотители. [96] Кроме того, изменяя уровень грунтовых вод, люди могут напрямую влиять на способность почвы действовать как источник или поглотитель. Связь между уровнем грунтовых вод и выбросами метана объясняется в разделе о водно-болотных угодьях в разделе о природных источниках.
Рисовое сельское хозяйство является значительным источником метана. С теплой погодой и заболоченной почвой рисовые поля действуют как водно-болотные угодья, но создаются людьми с целью производства продовольствия. Из-за болотистой среды рисовых полей эти поля выделили около 30 из 400 миллионов метрических тонн антропогенного метана в 2022 году. [97]
Неполное сгорание как живой, так и мертвой органики приводит к выбросу метана. Хотя естественные лесные пожары могут способствовать выбросам метана, большая часть сжигания биомассы происходит в результате деятельности человека — включая все: от случайных сжиганий гражданскими лицами до преднамеренных сжиганий, используемых для расчистки земель, и сжиганий биомассы, происходящих в результате уничтожения отходов. [98]
Метан является основным компонентом природного газа , и поэтому во время добычи, переработки, хранения, транспортировки и распределения природного газа значительное количество метана теряется в атмосфере. [85]
Согласно отчету Агентства по охране окружающей среды США «Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990–2015» , выбросы метана из систем природного газа и нефти в 2015 году составили 8,1 Тг в год в Соединенных Штатах. По отдельным оценкам Агентства по охране окружающей среды, система природного газа выбрасывала 6,5 Тг метана в год, в то время как нефтяные системы выбрасывали 1,6 Тг метана в год. [99] Выбросы метана происходят во всех секторах газовой промышленности, от бурения и добычи, сбора, переработки и передачи до распределения. Эти выбросы происходят при нормальной работе, плановом обслуживании, неконтролируемых утечках, сбоях в работе системы и вентиляции оборудования. В нефтяной промышленности часть подземной сырой нефти содержит природный газ, который захватывается нефтью при высоких давлениях в пласте. Когда нефть извлекается из пласта, добывается попутный газ .
Однако обзор исследований выбросов метана показывает, что отчет EPA Inventory of Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990–2015 , вероятно, значительно занижал выбросы метана из цепочки поставок нефти и природного газа в 2015 году. Обзор пришел к выводу, что в 2015 году цепочка поставок нефти и природного газа выбрасывала 13 Тг метана в год, что примерно на 60% больше, чем отчет EPA за тот же период времени. Авторы пишут, что наиболее вероятной причиной расхождений является недостаточная выборка EPA так называемых «ненормальных условий эксплуатации», во время которых могут выделяться большие количества метана. [100]
В 2014 году исследователи НАСА сообщили об открытии метанового облака площадью 2500 квадратных миль (6500 км 2 ), плавающего над регионом Четырех углов на юго-западе США. Открытие было основано на данных, полученных с помощью инструмента Европейского космического агентства Scanning Imaging Absorb Spectrometer for Atmospheric Chartography с 2002 по 2012 год. [101]
В отчете сделан вывод о том, что «источником, вероятно, является существующая добыча и переработка газа, угля и метана угольных пластов ». В период с 2002 по 2012 год в регионе ежегодно выбрасывалось 590 000 метрических тонн метана — почти в 3,5 раза больше широко используемых оценок в Базе данных выбросов Европейского союза для глобальных атмосферных исследований. [101] В 2019 году Международное энергетическое агентство (МЭА) подсчитало, что выбросы метана, вытекающие из угольных шахт мира, нагревают глобальный климат с той же скоростью, что и судоходная и авиационная отрасли вместе взятые. [102]
При высоких давлениях, таких как на дне океана, метан образует твердый клатрат с водой, известный как гидрат метана . Неизвестное, но, возможно, очень большое количество метана застревает в этой форме в океанических отложениях. Исследователи изучают возможные изменения в этом процессе ( гипотеза клатратной пушки ).
Однако в Шестом оценочном докладе МГЭИК 2021 года было установлено, что «крайне маловероятно, что газовые клатраты (в основном метановые) в более глубоких слоях вечной мерзлоты на суше и подводных клатратах приведут к заметному отклонению от траектории выбросов в течение этого столетия». [52] : 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 танкеры СПГ, использующие отходящий газ для движения, выделяет определенный процент несгоревших углеводородов , из которых 85% составляет метан. Климатические проблемы использования газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания могут компенсировать или даже свести на нет преимущества меньших выбросов CO 2 и частиц, описаны в этом выпуске ЕС 2016 года о проскоке метана из морских двигателей: «Выбросы несгоревшего метана (известные как «проскок метана») составляли около 7 г на кг СПГ при более высоких нагрузках двигателя, увеличиваясь 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 избегать процесса сгорания». Дорожные транспортные средства работают больше при низкой нагрузке, чем морские двигатели, что приводит к относительно более высокому проскоку метана.
Инструмент тропосферного мониторинга на борту космического аппарата Sentinel-5P Европейского космического агентства, запущенного в октябре 2017 года, обеспечивает наиболее подробный мониторинг выбросов метана, который доступен общественности. Он имеет разрешение около 50 квадратных километров. [103]
MethaneSAT разрабатывается Фондом защиты окружающей среды в партнерстве с исследователями Гарвардского университета для мониторинга выбросов метана с улучшенным разрешением в 1 километр. MethaneSAT предназначен для мониторинга 50 крупных нефтегазовых объектов, а также может использоваться для мониторинга свалок и сельского хозяйства. Он получает финансирование от Audacious Project (совместная работа TED и Gates Foundation ), и, как ожидается, будет запущен уже в 2024 году. [104]
В 2023 году GHGSat запустила 12 спутников для мониторинга выбросов метана. [105]
Неопределенности в выбросах метана, включая так называемые «суперэмиттерные» ископаемые извлечения [106] и необъяснимые атмосферные колебания [107] , подчеркивают необходимость улучшения мониторинга как в региональном, так и в глобальном масштабе. Недавно начали выходить в онлайн спутники с возможностью измерения метана и других более мощных парниковых газов с улучшением разрешения. [108] [109] [110]
Инструмент Tropomi [111] на Sentinel-5 , запущенном в 2017 году Европейским космическим агентством, может измерять концентрации метана, диоксида серы, диоксида азота, оксида углерода, аэрозоля и озона в тропосфере Земли с разрешением в несколько километров. [106] [112] [113] В 2022 году было опубликовано исследование с использованием данных прибора, отслеживающего крупные выбросы метана по всему миру; над местами добычи нефти и газа было обнаружено 1200 крупных метановых шлейфов. [114] Инструмент EMIT НАСА также идентифицировал суперэмиттеры. [115] В 2023 году было отмечено 50%-ное увеличение крупных выбросов метана, обнаруженных спутниками, по сравнению с 2022 годом. [116]
Аналогичные возможности предоставляет японская платформа GOSAT-2 , запущенная в 2018 году. [117]
Спутник Claire, запущенный в 2016 году канадской фирмой GHGSat, использует данные Tropomi для обнаружения источников выбросов метана размером до 15 м2 . [ 108]
Планируются и другие спутники, которые повысят точность и частоту измерений метана, а также предоставят большую возможность приписывать выбросы наземным источникам. К ним относятся MethaneSAT , запуск которого ожидается в 2022 году, и CarbonMapper.
Создаются глобальные карты, объединяющие спутниковые данные , которые помогут определить и контролировать основные источники выбросов метана. [118] [119] [120]
Международная обсерватория по выбросам метана была создана ООН.
Чтобы смягчить последствия изменения климата, ученые сосредоточились на количественной оценке глобального бюджета метана CH4 , поскольку концентрация метана продолжает расти — теперь он занимает второе место после углекислого газа по влиянию на климат. [121] Дальнейшее изучение атмосферного метана необходимо для «оценки реалистичных путей» смягчения последствий изменения климата. [121] Различные исследовательские группы приводят следующие значения выбросов метана:
В 2010 году Китай ввел правила, требующие от угольных электростанций либо улавливать выбросы метана, либо преобразовывать метан в CO2 . Согласно статье Nature Communications , опубликованной в январе 2019 года, выбросы метана вместо этого увеличились на 50 процентов в период с 2000 по 2015 год. [126] [127]
В марте 2020 года Exxon призвала к более строгим правилам по выбросам метана, которые включали бы обнаружение и устранение утечек метана , минимизацию выбросов и выбросов несгоревшего метана, а также требования к отчетности для компаний. [128] Однако в августе 2020 года Агентство по охране окружающей среды США отменило предыдущее ужесточение правил по выбросам метана для нефтегазовой промышленности США. [129] [130]
По данным Международного энергетического агентства (МЭА) , около 40% выбросов метана в результате деятельности предприятий, занимающихся добычей ископаемого топлива, можно «ликвидировать без каких-либо чистых затрат для компаний», используя существующие технологии. [15] Сорок процентов составляют 9% всех выбросов метана человеком. [15]
Для сокращения выбросов в газовой промышленности Агентство по охране окружающей среды разработало программу Natural Gas STAR, также известную как Gas STAR. [85]
Программа по борьбе с угольным метаном (CMOP) помогает и поощряет горнодобывающую промышленность находить способы использования или продажи метана , который в противном случае был бы выброшен из угольной шахты в атмосферу. [85]
В 2023 году Европейский союз согласовал законодательство, которое потребует от компаний, работающих на ископаемом топливе, отслеживать и сообщать об утечках метана и устранять их в течение короткого периода времени. Закон также обязывает проводить ликвидацию последствий выброса метана и сжигания метана в факелах . Соединенные Штаты и Китай заявили, что включат цели по сокращению выбросов метана в свои следующие климатические планы, но не приняли правила, которые обязывали бы отслеживать, сообщать или устранять утечки метана. [132]
Для того чтобы противодействовать количеству метана, выделяемого жвачными животными, был разработан тип препарата под названием монензин (продается как румензин ). Этот препарат классифицируется как ионофор , который является антибиотиком, который естественным образом вырабатывается безвредным штаммом бактерий. Этот препарат не только повышает эффективность корма, но и снижает количество метана, выделяемого животным и его навозом. [133]
В дополнение к медицине были разработаны специальные методы управления навозом для противодействия выбросам от навоза скота. Образовательные ресурсы начали предоставляться небольшим фермам. Методы управления включают ежедневный сбор и хранение навоза в полностью закрытом хранилище, которое не позволит стокам попадать в водоемы. Затем навоз может храниться в хранилище до тех пор, пока его не используют повторно в качестве удобрения или не вывезут и не сохранят в компосте за пределами участка. Уровни питательных веществ различных видов навоза животных предоставляются для оптимального использования в качестве компоста для садов и сельского хозяйства. [134]
Чтобы уменьшить воздействие на окисление метана в почве, можно предпринять несколько шагов. Контроль использования азотных удобрений и снижение количества азотного загрязнения воздуха могут снизить ингибирование окисления метана. Кроме того, использование более сухих условий выращивания для таких культур, как рис, и выбор штаммов культур, которые производят больше пищи на единицу площади, может сократить количество земель с идеальными условиями для метаногенеза. Тщательный выбор областей преобразования земель (например, вырубка лесов для создания сельскохозяйственных полей) также может уменьшить разрушение основных областей окисления метана. [ необходима цитата ]
Чтобы противодействовать выбросам метана со свалок, 12 марта 1996 года Агентство по охране окружающей среды (EPA) добавило «Правило о свалках» в Закон 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 вмещать не менее 2,5 миллионов метрических тонн отходов объемом более 2,5 миллионов кубических метров и/или имели выбросы неметановых органических соединений (NMOC) не менее 50 метрических тонн в год для сбора и сжигания выделяемого свалочного газа . [135] Этот набор требований исключает 96% свалок в США. Хотя прямым результатом этого является сокращение свалками выбросов неметановых соединений, которые образуют смог, косвенным результатом также является сокращение выбросов метана.
В попытке поглотить метан, который уже вырабатывается на свалках, были проведены эксперименты, в которых в почву добавлялись питательные вещества, чтобы метанотрофы могли процветать. Было показано, что эти свалки с добавлением питательных веществ действуют как мелкомасштабный поглотитель метана, позволяя обилию метанотрофов впитывать метан из воздуха для использования в качестве энергии, эффективно сокращая выбросы свалки. [136]
является крупнейшим в мире источником выбросов метана в нефтегазовой отрасли
{{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Выбросы мощного парникового газа из угля, нефти и газа на 60% больше, чем предполагалось ранее, а это означает, что текущие модели прогнозирования климата должны быть пересмотрены, показывают исследования.
{{cite journal}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link)метана в Китае увеличились на 50 процентов в период с 2000 по 2015 гг.