Що таке метан і як його вплив на навколишнє середовище?

Метан (CH4) – це безбарвний газ без запаху, що складається з одного атома вуглецю та чотирьох атомів водню. Метан також є сильним парниковим газом; при викиді він залишається в атмосфері та впливає на клімат Землі. Це друга за значущістю причина глобального потепління після вуглекислого газу. (1)

З 1750 люди збільшили кількість метану в атмосфері приблизно на 150%. Видобуток копалин видів палива, таких як нафта, газ і вугілля, є найбільшим джерелом викидів метану. Люди також збільшили викиди метану через інтенсивні методи ведення сільського господарства, тваринництва та видалення відходів. (2)

Звідки береться метан?

За мільйони років величезна кількість органічної речовини рослин і тварин, як у морі, так і на суші, потрапляє в пастку відкладення і поступово стискається, і просувається все глибше в землю. Тиск і тепло викликають молекулярний розпад, внаслідок якого утворюється термогенний метан.

З іншого боку, біогенний метан виробляється мікроорганізмами в аноксичному (безкисневому) середовищі, які розкладають органічні речовини в процесі, що називається ферментацією, внаслідок чого утворюється метан. Аноксичне середовище включає водно-болотні угіддя, такі як озера, болота та торфовища. Мікроби в системі травлення тварин і людей також виробляють метан, який виділяється відходженням кишкових газів і відрижкою.

За даними NASA, близько 30% викидів метану припадає на водно-болотні угіддя. Ще 30% припадає на видобуток нафти, газу та вугілля. Сільське господарство, особливо тваринництво, вирощування рису та управління відходами становлять 20%.Інші 20% надходять з дрібніших джерел, включаючи океан, спалювання біомаси, вічну мерзлоту і – зачекайте – термітів. (3)

Природний газ є найбільшим антропогенним джерелом викидів метану і виділяється при видобутку нафти і газу. Нафтові та газові резервуари, які часто зустрічаються разом, існують на тисячі метрів нижче поверхні Землі. Щоб дістатися до них, потрібно викопати глибоко у землі колодязі. Після видобутку нафту та газ переміщуються трубопроводами.

Метан має багато корисних застосувань. Природний газ використовується для опалення, приготування їжі, як альтернативне паливо для деяких автомобілів та автобусів, а також для виробництва органічних хімікатів. Десять років тому промисловість просувала природний газ як чистіше «мостове паливо», що допомагає відмовитися від нафти. Але хоча в момент згоряння природний газ виділяє менше парникових газів, він виробляє насправді не менше викидів, ніж інші види палива, протягом усього свого життєвого циклу через широко поширені витоки.

Вплив метану

Парникові гази, такі як метан, залишаються в атмосфері Землі, дозволяючи сонячному світлу проходити через неї, але затримуючи тепло. Збільшуючи концентрацію парникових газів у атмосфері, люди викликають глобальне потепління.

Хоча метан загалом становить набагато меншу частину парникових газів, ніж вуглекислий газ, і розпадається приблизно 10 років, він сильніше впливає. Метан приблизно в 28 разів потужніший за вуглекислий газ.Після падіння на початку 2000-х років рівні викидів метану згодом зросли як через викопне паливо, так і через виробництво продуктів харчування, оскільки люди споживали більше м'яса (4, 5).

Викиди від викопного палива

Витікання газу можуть відбуватися з труб та іншої інфраструктури в мережах природного газу, а також з свердловин, що простоюють і занедбані. із високої труби виривається полум'я – це спалювання природного газу повітря.

Спалювання виробляється з різних причин, у тому числі з міркувань безпеки. іншій інфраструктурі для збирання та транспортування газу, його спалюють. Низькі ціни на газ також можуть зробити спалювання газу дешевше, ніж його. З іншого боку, метан також можуть викидати в атмосферу без його спалювання.

Виробники та дистриб'ютори нафти та газу оцінюють викиди під час буріння, видалення газів та спалювання у смолоскипах, а також будь-якого газу, що витікає з мільйонів труб та з'єднань, що становлять газову мережу. Але незалежні дослідження показують, що викиди метану набагато більші, ніж повідомляється у галузевих звітах.

Нові дослідження показують, що пластикові вироби, такі як пластикові пакети, предмети домашнього вжитку та синтетичний одяг є додатковими джерелами викидів метану.Це викликає занепокоєння, оскільки виробництво пластику може подвоїтися у наступні два десятиліття, проте прямі викиди від пластикових виробів не враховувалися в глобальному бюджеті метану, ні в кліматичних моделях. (8)

Сільське господарство, тваринництво та харчові відходи

Tim Graham/ Getty Images

Викиди метану в сільському господарстві включають тваринництво, вирощування рису та стічні води. Тваринництво становить найбільшу частку, а також зростаючу частку, оскільки світове споживання м'яса продовжує зростати. За даними Продовольчої та сільськогосподарської організації ООН (FAO), тваринництво становить 14,5% загальних антропогенних викидів парникових газів. (9, 10)

Основна частина викидів худоби походить від жуйних, таких як велика рогата худоба, буйволи, вівці та верблюди, які виробляють багато метану під час травлення, більша частина якого виділяється при відрижці. Гній худоби робить додатковий внесок, особливо в системах інтенсивного сільського господарства. З викидів метану від жуйних тварин найбільший внесок вносять м'ясну та молочну худобу. (10)

Харчові відходи – ще одна серйозна проблема. За даними FAO, близько третини всіх продуктів харчування, вироблених у світі споживання людиною, ніколи не вживається в їжу. Ці харчові відходи роблять значний внесок у загальні викиди парникових газів (близько 8%) і є основним джерелом викидів метану при розкладанні харчових продуктів. (11)

Хоча найбільш важливими джерелами антропогенних викидів метану є сільське господарство та видобуток викопного палива, люди роблять свій внесок у викиди іншими способами. За даними EPA, Полігони твердих побутових відходів є третім за величиною джерелом антропогенних викидів метану. Є також непрямі дії зміни клімату. Потепління планети призводить до танення вічної мерзлоти, що може призвести до викиду більшої кількості метану. Ще одна причина – спалювання біомаси від лісових пожеж та навмисне спалювання. (12, 13, 14, 15)

Наслідки для здоров'я людини

Крім непрямого впливу, пов'язаного з кліматом, викиди метану негативно впливають на якість повітря. Метан та інші вуглеводні у природному газі з'єднуються з оксидами азоту, утворюючи озонове забруднення. Приземний озон, також відомий як зміг, загострює респіраторні захворювання, такі як астма та хронічний бронхіт. (16)

Дослідження також пов'язують буріння та гідравлічний розрив пласта із забрудненням питної води настільки серйозним, що вода з кранів у будинках поблизу бурових робіт може спалахнути через високий рівень метану. Хоча обмежені дослідження показують, що метан не шкідливий для пиття, він може викликати вибухи та накопичуватися у закритих приміщеннях. (17, 18)

Регулювання

Оскільки метан є одночасно дуже сильним парниковим газом і недовговічним порівняно з двоокисом вуглецю, значне скорочення викидів метану вплине на атмосферне потепління. (19)

Одне недавнє дослідження показало, що швидке скорочення викидів метану може уповільнити швидкість потепління Землі на 30%. Але часу замало: 2020 року рівень метану різко збільшився.Важливі заходи по обігу цієї тенденції включають скорочення витоків, пов'язаних з нафтою і газом, і навмисних викидів газу, очищення занедбаних вугільних шахт, скорочення споживання м'яса і молочних продуктів, використання кормових добавок для великої рогатої худоби, що знижують відрижку, а також впровадження технологій для уловлювання викидів зі звалищ. (20, 21)

У 2020 році Європейський Союз ухвалив стратегію зі скорочення викидів метану в рамках Європейського зеленого курсу, в якому викладено амбітний план досягнення вуглецевої нейтральності до 2050 року, включаючи скорочення викидів метану. У міру того, як світ готувався до саміту щодо клімату COP26 у Глазго, на Китай також наростає тиск, щоб він робив більше. Невідомо, чи вистачить колективних зусиль, щоб уповільнити глобальне потепління та уникнути катастрофічної переломної точки, але імпульс набирає обертів. (22)

Технології також грають свою роль. Технології вловлювання метану дозволяють зберігати і повторно використовувати метан, що викидається звалищами, спалюванням викопного палива, гною та іншими джерелами, як паливо або навіть як компонент таких товарів, як одяг та пакувальні матеріали. Самі собою технологічні інновації не повернутий назад тенденцію до збільшення викидів. Але на рахунку кожне зусилля.

Науковий журналіст, який висвітлює широке коло тем, що стосуються довкілля, кліматичної кризи, забруднення та життя людей. Позаштатний автор сайту "Знання - світло".

Витоку метану: шведські вчені шукають джерела

Вчені дослідницької бази Аске на півдні Швеції вивчають загадки, пов'язані з метаном. Вони стурбовані тим, що рівень цього газу в атмосфері швидко зростає, і ніхто не знає, чому.

Найспекотніший вересень

Але спочатку подивимося на останні дані Служби кліматичних змін Copernicus. У глобальному масштабі нинішній вересень виявився найтеплішим за всю історію спостережень: температура на 0,9 градуса перевищила середній показник 1991-2020 років. У Європі цей місяць також був найспекотнішим із температурою вищою за середню на 2,5 градуса.

Франція, Бельгія, Німеччина, Польща та Австрія - серед країн, де в перший місяць осені було спекотніше, ніж звичайно. А в деяких регіонах Європи та Північної Африки вересень виявився ще й надзвичайно дощовим. На карті аномалій опадів темно-синім кольором відмічені зливи, які принесли шторм "Даніель". Він викликав руйнівні повені в Лівії, Греції, Туреччині та Болгарії.

Тим часом в Антарктиці площа морського льоду у вересні виявилася на 9% нижчою за середнє значення за 1991-2020 роки. Показник – на рекордно низькому рівні вже п'ятий місяць поспіль.

Метан в атмосфері: звідки?

Концентрація метану у атмосфері тим часом зростає. Це викликає занепокоєння, адже метан – потужний парниковий газ. Група шведських вчених намагається розібратися. Відомо, що метан виділяється з величезної кількості природних та антропогенних джерел; дослідники хочуть дізнатися, скільки газу надходить із прибережної зони Балтики, яку рідко перевіряють із цієї точки зору.

"Ми встановили на поверхні води апарат для вимірювання метану, вуглекислого газу та водяної пари, - розповідає Теа Бісандер, аспірант університету Седертерна. - Загалом ясно, що метан надходить з морського дна, але які місця виділяють ту чи іншу його кількість? вся складність".Зрозуміти, скільки метану надходить із прибережних районів – невеликий, але важливий крок у пошуку відповіді на головне питання: чому рівень метану так різко зростає?

“Чи йдеться про природне джерело, антропогенне чи промислове? в атмосфері збільшилася. Але на відміну від викидів CO2, динаміка не була. Постійна. "У 2000-х роках зростання вмісту метану практично зупинилося на кілька років, причини цього досі обговорюються", - розповів Climate Now Вінсент-Анрі Пеух, директор Служби моніторингу атмосфери Copernicus. з таких галузей промисловості, як нафтогазова; третина - з сільського господарства, включаючи тваринництво, та ще одна третина – із природи.

Секрети – у природі

Яке з цих джерел відповідальне за недавній стрибок вмісту метану? Експерти кажуть, що нам потрібно більше інформації про те, що відбувається в природі. "Ми знаємо, що сільськогосподарські емітери, очисні споруди викидають більше, ніж деякі прибережні системи. Однак на планеті залишається безліч прибережних зон, які недостатньо враховані", - пояснює Фолькер Брюхерт.

Іншими маловивченими областями визнано озера, річки, водно-болотні угіддя, агроплощі та ліси. Однак зрозуміти, як функціонує природа, не так просто. "У посушливих районах повітря потрапляє на поверхню ґрунту, де знаходяться бактерії, що харчуються метаном.Тож це – зона його поглинання, – пояснив Девід Баствікен, професор кафедри зміни навколишнього середовища університету Лінчепінга. Він додав, що у більш насичених водою болотистих районах у ґрунті створено анаеробні умови, і мікроорганізми виробляють метан, а отже, йдеться про джерела газу. "Ліс за нас виглядає сухим, тому він, ймовірно, зараз став поглиначем метану. А ось ліс вологий може бути джерелом викидів", - коментує вчений. Ландшафти змінюються, і є підозра, що з потеплінням планети бактерії, що виробляють метан, стають активнішими. А це лише прискорить потепління, адже метан – потужний парниковий газ.

"Безумовно, зміна клімату призведе до того, що екосистеми потенційно виділятимуть більше метану. На даний момент неможливо визначити, чи роблять вони це вже сьогодні і чи можна пов'язувати зміни, що спостерігаються, безпосередньо зі зміною клімату", - пояснює Вінсент-Анрі Пеух. На думку Девіда Баствікена, дефіцит ресурсів, необхідних для відстеження викидів метану, не дозволяє краще зрозуміти тенденцію: "У нас не так багато станцій моніторингу, - каже вчений. - Це велика проблема, яка заважає зрозуміти природні процеси. Моніторинг більш інтенсивний у промисловій сфері, оскільки метан є цінним енергоносієм, але є чимало не відомих нам лазівок, через які він також витікає". "Найкраще, що ми можемо зробити - запобігти антропогенним викидам. Це дасть подвійний ефект: частково зменшить власне антропогенну шкоду і скоротить майбутні природні викиди", - робить висновок Баствікен.