Почему метан — недооцененный парниковый газ и как его выбросы отслеживают ученые

Метан — еще один важный парниковый газ, удерживающий тепло в атмосфере. Однако его влиянию на экологию и климат уделяется гораздо меньше внимания, чем другим углеродным выбросам. При этом потенциал глобального потепления от метана в 30 раз больше, чем у диоксида углерода. Рассказываем, откуда берется метан и почему он опаснее углекислого газа, в каких странах его больше всего, как ученые отслеживают его утечки и почему модели загрязнения атмосферы метаном гораздо сложнее рассчитать.

Откуда берется метан и почему он опасен?

В 2018 году на метан (CH4) около 9,5% всех выбросов парниковых газов в США приходилось на результаты деятельности человека. Деятельность человека в вопросе выбросов метана включает в себя утечки из систем добычи природного газа и разведение домашнего скота. Метан также выделяется из природных источников, таких как естественные водно-болотные угодья. Кроме того, естественные процессы в почве и химические реакции в атмосфере помогают удалить CH4 из атмосферы. Время жизни метана в атмосфере намного короче, чем у диоксида углерода (CO2 ), но CH4 более эффективно улавливает излучение. Сравнительное воздействие CH4 в 25 раз больше, чем CO2 за 100-летний период.

Во всем мире от 50 до 65% общих выбросов CH4 приходится на деятельность человека. 

  • Сельское хозяйство. Домашний скот — крупный рогатый скот, свиньи, овцы и козы — вырабатывает метан как часть нормального процесса пищеварения. Кроме того, это газ образуется при хранении или обработке навоза. Поскольку люди выращивают этих животных для еды и других продуктов, выбросы считаются связанными с деятельностью человека. При объединении выбросов домашнего скота и навоза сельскохозяйственный сектор является крупнейшим источником выбросов метана.
  • Энергетика и промышленность. Системы природного газа и нефти являются вторым по величине источником выбросов метана. Этот газ — основной компонент природного газа В США. Метан выбрасывается в атмосферу при производстве, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа, а также при производстве, переработке, транспортировке и хранении сырой нефти. Добыча угля также является источником выбросов CH4
  • Отходы домов и предприятий. Метан образуется на свалках при разложении отходов и при очистке сточных вод. Свалки являются третьим по величине источником выбросов CH4 в США. Метан также образуется при очистке бытовых и промышленных сточных вод и при компостировании. 

Метан, кроме того, выделяется из ряда природных источников. Природные водно-болотные угодья являются крупнейшим источником выбросов CH4 от бактерий, разлагающих органические материалы в отсутствие кислорода. Меньшие источники включают термиты, океаны, отложения, вулканы и лесные пожары.

Как снизить выбросы метана?

Есть несколько способов уменьшить выбросы метана. EPA — Агентство по охране окружающей среды США — располагает рядом добровольных программ по сокращению выбросов CH4 в дополнение к нормативным инициативам. Кроме того, компания поддерживает Глобальную инициативу по метану. Это международное партнерство, поощряющее глобальные стратегии сокращения выбросов метана.

Источник выбросовКак сократить выбросы?
ПромышленностьМодернизация оборудования, используемого для добычи, хранения и транспортировки нефти и природного газа, может уменьшить многие утечки, которые способствуют выбросам метана. Метан угольных шахт также можно улавливать и использовать для получения энергии с помощью программ Natural Gas STAR и Coalbed Methane Outreach Program (CMOP).
Сельское хозяйствоМетан от методов обращения с навозом можно уменьшить и улавливать путем изменения стратегии обращения с навозом. Кроме того, изменение практики кормления животных может снизить выбросы от кишечной ферментации. Больше об улучшенных методах животноводства можно узнать, изучив программу EPA AgSTAR.
Отходы домов и предприятийПоскольку выделение метана на свалках является основным источником выбросов газа в США, меры контроля выбросов, которые улавливают газ из свалок, могут помочь в стратегии сокращения выбросов.

Почему важно бороться с метаном?

Хотя метан не задерживается в атмосфере так долго, как углекислый газ, поначалу он гораздо более разрушителен для климата из-за того, насколько эффективно он поглощает тепло. В первые два десятилетия после выброса метан в 84 раза сильнее углекислого газа.

Поскольку метан очень мощный и в тоже время у человечества есть решения, которые сокращают его выбросы, обращение с метаном —это самый быстрый и эффективный способ замедлить темпы потепления планеты.

Если метан попадает в воздух перед использованием — например, из негерметичной трубы, он поглощает солнечное тепло, нагревая атмосферу. По этой причине он считается парниковым газом, например, двуокисью углерода.

Как решить проблему с метаном?

До недавнего времени было мало что известно о том, где происходили утечки, и о том, как лучше всего их исправить. В 2012 году компания EDF начала серию исследований, чтобы лучше их выявлять и находить решения.

Резюме 16 исследований по всей цепи поставок США показывает выбросы метана значительно выше, чем предполагалось изначально. В мае 2016 года EPA утвердило первое в истории национальное правило прямого ограничения выбросов метана от нефтегазовых операций, открыв новую возможность для уменьшения загрязнения климата. На данный момент Агентство по охране окружающей среды США стремится установить правила, которые защищают жителей США от загрязнения метаном.

Проект EPA — Google Earth Outreach — помогает визуализировать опасные для климата утечки, обнаруженные в местных сообществах. Почему это важно? Повышение осведомленности о масштабах и влиянии утечек метана имеет важное значение для разработки эффективной политики.

На сегодняшний день создана еще одна технология, которая помогает выявлять следы метана. На небе появился новый мощный спутник для мониторинга выбросов метана, одного из ключевых газов, влияющих на изменение климата, вызванное деятельностью человека.

Какие есть разработки для борьбы с метаном?

Новейший спутник Iris для мониторинга метана

Космический аппарат, известный как Iris, может отображать шлейфы метана в атмосфере с разрешением всего 25 метров. Это позволяет идентифицировать отдельные источники метана, например, конкретные нефтегазовые объекты.

Iris был запущен канадской компанией GHGSat (Global Emissions Monitoring) в Монреале 2 сентября. Это первопроходец в созвездии из 10 космических аппаратов, которое появится к концу 2022 года.

Первая попытка Iris зарегистрировать значительный выброс метана

Наблюдения проводились над Туркменистаном, в регионе, где ранее были отмечены большие шлейфы от нефтегазовой инфраструктуры. Обнаружение, наложенное на стандартное изображение с воздуха, показывает концентрацию метана в воздухе, превышающую нормальные фоновые уровни.

«Нам все еще нужно работать над калибровкой, которая затем позволит нам проверить порог обнаружения и окончательные характеристики спутника. Но в качестве изображения — это феноменально по любым стандартам», — заявил генеральный директор GHGSat Стефан Жермен в интервью для BBC News.

GHGSat уже работает с операторами, регулирующими органами и другими заинтересованными сторонами, чтобы охарактеризовать эти выбросы с помощью прототипа спутника под названием Claire, который он запустил в 2016 году. Присутствие на орбите Ирис предоставляет компании дополнительный поток данных, которые он теперь намеревается интерпретировать. в новом британском аналитическом центре, который будет открыт в Эдинбурге и Лондоне в ближайшие недели.

«В том, что мы делаем в Великобритании, есть возможности мирового уровня, — объясняет доктор Жермен.  — Не только в области аналитики, но и в системах космических кораблей, которые нас интересуют».

Спутник Sentinel-5P от ЕКА

GHGSat в последнее время укрепляет свои связи с Европейским космическим агентством, которое эксплуатирует спутник ЕС Sentinel-5P.

Он также контролирует метан, делая ежедневные глобальные снимки газа. Но при разрешении 7 км его данные гораздо менее показательны, чем данные Iris и Claire.

ЕКА

Однако если использовать оба спутника вместе, они образуют что-то вроде команды мечты для исследования метана, уверяют ученые.

«Они (Sentinel-5P) могут видеть весь мир каждый день. Мы не можем этого сделать. Но мы можем видеть отдельные объекты. Они не могут этого сделать. Так что, действительно, это фантастическая комбинация, и она создает очень хорошие отношения с Европейским космическим агентством, и я думаю, что мы только начинаем превращаться в нечто гораздо большее».

Следующий спутник GHG, Hugo, проходит испытания и, как ожидается, будет запущен в конце этого года.

Компания недавно получила 30 млн долларов в виде дополнительного финансирования, которое позволяет ей построить три космических корабля, которые будут следовать за Hugo на орбиту.

Глобальная проблема метана. В чем сложность его учета?

Бюджет метана

Метан является мощным парниковым газом и является вторым по величине фактором глобального потепления, вызванным деятельностью человека, после CO2. На единицу массы метан в 84–86 раз сильнее, чем CO2 за 20 лет и в 28–34 раза сильнее за 100 лет.

Глобальный бюджет метана позволяет отслеживать, откуда происходят выбросы, сколько поглощается «стоками» и, следовательно, сколько остается в атмосфере.

Бюджет метана — это инициатива Глобального углеродного проекта (GCP), международной исследовательской программы, которая направлена ​​на «создание полной картины глобального углеродного цикла». Основанный в 2001 году, GCP предоставляет ежегодную обновленную информацию о глобальных выбросах углерода.

С метаном «все немного сложнее», — объясняет доктор Мариэль Саунуа, доцент Версальского университета Сен-Кантен во Франции, которая возглавляет глобальный бюджет метана. Сложность отчасти объясняется тем, что для создания бюджета метана нужны длительные прогоны модели, которые требуют времени. Чтобы обновлять данные каждый год у научного сообщества, потребовалось бы слишком много ресурсов. В результате бюджет метана обновляется каждые два-три года.

Третья публикация появилась в техническом документе в журнале Earth System Science Data и в сопроводительном «перспективном» документе в журнале Environmental Research Letters.

Двойные подходы к бюджету метана

Глобальный баланс метана использует два разных подхода к оценке источников и стоков.

  • Первый подход — «восходящий», который фокусируется на выбросах метана у источника. При этом используются данные о выбросах, которые представляются отдельными странами в национальных кадастрах парниковых газов в ООН. Эти кадастры охватывают антропогенные источники, такие как использование ископаемого топлива, животноводство, выращивание риса и свалки.

    Эти оценки суммируются с моделированием других источников метана, таких как водно-болотные угодья, лесные пожары и термиты. Например, спутниковые данные о глобальной площади, сожженной пожарами, сочетаются с моделями, которые «учитывают тип сожженной растительности, выжженную поверхность и продолжительность пожара, а также тип пожара», — объясняет Сонуа.

  • Второй подход называется «сверху вниз». Это начинается с наблюдений за концентрациями метана в глобальном масштабе и работает в обратном направлении, используя моделирование, чтобы оценить, где они возникли.

Ни один из подходов не является безупречным, и эти два метода, по словам ученых, «несовместимы». Но у двойного подхода есть свои преимущества. Нисходящий метод, уверяет доктор Сануа, «является более надежной оценкой глобального общего объема» выбросов метана, однако восходящие оценки используются для определения выбросов в конкретных регионах и секторах.

Например, выбросы водно-болотных угодий и пресной воды особенно сложно оценить, что означает «существенное расхождение» между нисходящими и восходящими числами, говорит Сануа. В частности это связано с тем, что источники пересекаются, добавляет она, и, следовательно, их можно отнести к более чем одной категории.

Где больше всего метана?

Исследователи говорят, что в трех регионах — Африке и Ближнем Востоке, Китае, Южной Азии и Океании — наблюдается наибольший рост выбросов метана. В каждом случае выбросы выросли на 10–15 млн тонн между средним показателем 2000–2006 и 2017 годов.

Следующим по величине был рост на 5,0–6,7 млн ​​тонн в Северной Америке, и, как показывает бюджет, в основном за счет увеличения на 4,4–5,1 млн тонн в США.

Напротив, в Европе наблюдалось небольшое сокращение выбросов, примерно на 1,6–4,3 млн тонн, в основном из-за меньшего количества выбросов от сельского хозяйства.

Это противоречит тенденции, наблюдаемой в других регионах, при этом увеличение сельскохозяйственных выбросов является основной причиной увеличения общих выбросов в Африке, Южной Азии и Океании.

Что касается ископаемого топлива, наибольший рост выбросов метана — 5–12 млрд тонн — был зарегистрирован в Китае, при этом в Северной Америке, Африке, Южной Азии и Океании наблюдался рост на 4–6 млн тонн. Выбросы метана, связанные с ископаемым топливом, в США увеличились на 3,4–4,0 млн тонн.

И все же стоит учитывать, что недавние исследования показали: несмотря на огромные цифры, выбросы метана от ископаемого топлива были «сильно недооценены».

  • Автор: Анастасия Никифорова
СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "Экология"