Proč je metan podceňovaným skleníkovým plynem a jak vědci sledují jeho emise

Metan je dalším důležitým skleníkovým plynem, který zachycuje teplo v atmosféře. Jeho dopadu na životní prostředí a klima je však věnována mnohem menší pozornost než jiným emisím uhlíku. Potenciál metanu ke globálnímu oteplování je však 30krát větší než potenciál oxidu uhličitého. Řekneme vám, odkud metan pochází a proč je nebezpečnější než oxid uhličitý, které země ho mají nejvíce, jak vědci sledují jeho úniky a proč je mnohem obtížnější vypočítat modely znečištění ovzduší metanem.

Odkud metan pochází a proč je nebezpečný?

V roce 2018 metan (CH₄) Asi 9,5 % všech emisí skleníkových plynů ve Spojených státech pochází z lidské činnosti. Lidské činnosti, které přispívají k emisím metanu, zahrnují úniky ze systémů výroby zemního plynu a chovu dobytka. Metan je také emitován z přírodních zdrojů, jako jsou přírodní mokřady. K odstranění CH navíc napomáhají přirozené procesy v půdě a chemické reakce v atmosféře₄ z atmosféry. Životnost metanu v atmosféře je mnohem kratší než životnost oxidu uhličitého (CO₂ ), ale CH₄ účinněji zachycuje záření. Srovnávací dopad CH₄ 25krát více než CO₂ za období 100 let.

Celosvětově 50 až 65 % celkových emisí CH₄ padá na lidskou činnost.

• Zemědělství. Dobytek – skot, prasata, ovce a kozy – produkují metan jako součást normálního procesu trávení. Je to také plyn produkovaný při skladování nebo zpracování hnoje. Protože lidé chovají tato zvířata pro jídlo a jiné produkty, emise jsou považovány za související s lidskou činností. Když se zkombinují emise hospodářských zvířat a hnoje, zemědělství je největším zdrojem emisí metanu.
• Energetika a průmysl. Zemní plyn a ropné systémy jsou druhým největším zdrojem emisí metanu. Tento plyn je hlavní složkou zemního plynu ve Spojených státech. Metan se do atmosféry uvolňuje při výrobě, zpracování, skladování, přepravě a distribuci zemního plynu a při výrobě, zpracování, přepravě a skladování ropy. Těžba uhlí je také zdrojem emisí CH₄.
• Odpad z domácností a firem. Metan vzniká na skládkách při rozkladu odpadu a při čištění odpadních vod. Skládky jsou třetím největším zdrojem emisí CHKO₄ v USA. Metan vzniká také při čištění domovních a průmyslových odpadních vod a při kompostování.

Metan se také uvolňuje z řady přírodních zdrojů. Největším zdrojem emisí CH jsou přírodní mokřady₄ z bakterií, které rozkládají organické materiály v nepřítomnosti kyslíku. Mezi menší zdroje patří termiti, oceány, sedimenty, sopky a lesní požáry.

Jak snížit emise metanu?

Existuje několik způsobů, jak snížit emise metanu. EPA – US Environmental Protection Agency – má řadu dobrovolných programů na snížení emisí CH₄ kromě regulačních iniciativ. Kromě toho společnost podporuje Global Methane Initiative. Jedná se o mezinárodní partnerství prosazující globální strategie ke snížení emisí metanu.

Proč je důležité bojovat s metanem?

Metan se sice v atmosféře nezdrží tak dlouho jako oxid uhličitý, ale zpočátku je pro klima mnohem ničivější díky tomu, jak efektivně pohlcuje teplo. V prvních dvou desetiletích po vypuštění je metan 84krát silnější než oxid uhličitý.

Vzhledem k tomu, že metan je tak silný a protože lidstvo má řešení pro snížení jeho emisí, je řízení metanu nejrychlejším a nejúčinnějším způsobem, jak zpomalit rychlost oteplování planety.

Pokud se metan uvolní do vzduchu před použitím – například z netěsného potrubí – absorbuje teplo ze slunce a ohřívá atmosféru. Z tohoto důvodu je považován za skleníkový plyn, stejně jako oxid uhličitý.

Jak vyřešit problém s metanem?

Donedávna se vědělo jen málo o tom, kde k únikům došlo a jak je nejlépe opravit. V roce 2012 EDF zahájila sérii studií s cílem je lépe identifikovat a nalézt řešení.

Souhrn 16 studií napříč dodavatelským řetězcem v USA ukazuje výrazně vyšší emise metanu, než se původně odhadovalo. V květnu 2016 schválila EPA vůbec první národní pravidlo k přímému omezení emisí metanu z ropných a plynárenských operací, čímž se otevřela nová příležitost ke snížení znečištění klimatu. Americká Agentura pro ochranu životního prostředí se zatím snaží stanovit předpisy, které ochrání obyvatele USA před znečištěním metanem.

Projekt EPA, Google Earth Outreach, pomáhá vizualizovat úniky poškozující klima v místních komunitách. Proč je to důležité? Zvyšování povědomí o rozsahu a dopadu úniků metanu je zásadní pro rozvoj účinných politik.

K dnešnímu dni byla vytvořena další technologie, která pomáhá identifikovat stopy metanu. Na obloze se objevil nový výkonný satelit, který monitoruje emise metanu, jednoho z klíčových plynů ovlivňujících lidskou klimatickou změnu.

Jaký vývoj existuje v boji proti metanu?

Nový satelit Iris pro monitorování metanu

Kosmická loď, známá jako Iris, dokáže zobrazit metanové chocholy v atmosféře s rozlišením pouhých 25 metrů. To umožňuje identifikovat jednotlivé zdroje metanu, například konkrétní ropná a plynárenská zařízení.

Iris spustila kanadská společnost GHGSat (Global Emissions Monitoring) v Montrealu 2. září. Je to první ze souhvězdí 10 kosmických lodí, které dorazí do konce roku 2022.

Pozorování byla provedena nad Turkmenistánem, v regionu, kde byly dříve pozorovány velké oblaky z ropné a plynárenské infrastruktury. Detekce, superponovaná na standardním leteckém snímku, ukazuje koncentrace metanu ve vzduchu nad normálními úrovněmi pozadí.

„Potřebujeme ještě zapracovat na kalibraci, která nám pak umožní otestovat práh detekce a konečný výkon satelitu. Ale pokud jde o kvalitu obrazu, je fenomenální podle jakéhokoli standardu,“ řekl BBC News CEO GHGSat Stéphane Germain.

GHGSat již spolupracuje s operátory, regulačními orgány a dalšími zúčastněnými stranami na charakterizaci těchto emisí pomocí prototypu satelitu s názvem Claire, který vypustil v roce 2016. Přítomnost Iris na oběžné dráze poskytuje společnosti další proud dat, která se nyní chystá interpretovat. na otevření nového britského think-tanku v Edinburghu a Londýně v nadcházejících týdnech.

„V tom, co děláme ve Spojeném království, jsou schopnosti světové úrovně,“ vysvětluje Dr. Germain. “Nejen v oblasti analytiky, ale také v systémech kosmických lodí, které nás zajímají.”

Satelit ESA Sentinel-5P

GHGSat v poslední době posiluje své vazby s Evropskou kosmickou agenturou, která provozuje družici EU Sentinel-5P.

Monitoruje také metan tím, že denně pořizuje globální snímky plynu. Ale při rozlišení 7 km jsou jeho data mnohem méně odhalující než data Iris a Claire.

Pokud se však oba satelity použijí společně, tvoří něco jako tým snů pro výzkum metanu, tvrdí vědci.

“Oni (Sentinel-5P) mohou každý den vidět celý svět. Nemůžeme to udělat. Můžeme ale vidět jednotlivé objekty. Tohle nemůžou. Takže je to opravdu fantastická kombinace a vytváří velmi dobrý vztah s Evropskou kosmickou agenturou a myslím, že se právě začínáme vyvíjet v něco mnohem většího.“

Další satelit GHG, Hugo, prochází testováním a očekává se, že bude vypuštěn koncem tohoto roku.

Společnost nedávno získala 30 milionů dolarů v dodatečném financování, které jí umožňuje postavit tři kosmické lodě, které budou Huga následovat na oběžnou dráhu.

Globální problém metanu. Jaká je obtížnost jeho vyúčtování?

Metanový rozpočet

Metan je silný skleníkový plyn a je po CO druhým největším přispěvatelem ke globálnímu oteplování způsobenému člověkem₂. Na jednotku hmotnosti je metan 84–86krát silnější než CO₂ za 20 let a 28–34krát silnější za 100 let.

Globální metanový rozpočet sleduje, odkud emise pocházejí, kolik se jich absorbuje jako „propady“ a kolik jich tedy zůstává v atmosféře.

Metanový rozpočet je iniciativou Global Carbon Project (GCP), mezinárodního výzkumného programu, jehož cílem je „vytvořit úplný obraz globálního uhlíkového cyklu“. Společnost GCP byla založena v roce 2001 a poskytuje každoroční aktualizace globálních emisí uhlíku.

S metanem je to „trochu komplikovanější,“ vysvětluje Dr. Marielle Saunua, docentka na University of Versailles-Saint-Quentin ve Francii, která vede globální metanový rozpočet. Složitost je částečně způsobena tím, že vytvoření metanového rozpočtu vyžaduje zdlouhavé běhy modelů, které vyžadují čas. Každoroční aktualizace dat od vědecké komunity by vyžadovala příliš mnoho zdrojů. V důsledku toho je metanový rozpočet aktualizován každé dva až tři roky.

Třetí publikace se objevila v technickém článku v časopise Earth System Science Data a v doprovodném „perspektivním“ článku v časopise Environmental Research Letters.

Duální přístupy k metanovému rozpočtování

Globální metanový rozpočet používá dva různé přístupy k odhadu zdrojů a propadů.

První přístup je přístup „zdola nahoru“, který se zaměřuje na emise metanu u zdroje. Využívá údaje o emisích hlášené jednotlivými zeměmi v národních inventurách skleníkových plynů OSN. Tyto soupisy pokrývají antropogenní zdroje, jako je používání fosilních paliv, chov dobytka, pěstování rýže a skládky.

Ani jeden přístup není dokonalý a obě metody jsou podle vědců „neslučitelné“. Duální přístup má ale své výhody. Metoda shora dolů, říká Dr. Sanua, „je spolehlivějším odhadem celkových globálních“ emisí metanu, ale ke stanovení emisí v konkrétních regionech a sektorech se používají odhady zdola nahoru.

Například emise z mokřadů a sladké vody se odhadují obzvláště obtížně, což znamená, že existuje „významný rozdíl“ mezi čísly shora dolů a zdola nahoru, říká Sanua. Je to částečně proto, že se zdroje překrývají, dodává, a proto je lze zařadit do více než jedné kategorie.

Kde je nejvíce metanu?

Výzkumníci tvrdí, že tři regiony – Afrika a Střední východ, Čína, jižní Asie a Oceánie – zaznamenávají největší nárůst emisí metanu. V každém případě se emise mezi průměrem let 10–15 a rokem 2000 zvýšily o 2006–2017 milionů tun.

Další největší nárůst byl 5,0-6,7 milionu tun v Severní Americe a byl způsoben především nárůstem o 4,4-5,1 milionu tun v USA, ukazuje rozpočet.

Naproti tomu v Evropě došlo k malému snížení emisí, přibližně o 1,6–4,3 milionu tun, zejména díky menšímu množství emisí ze zemědělství.

To je v rozporu s trendem pozorovaným v jiných regionech, přičemž rostoucí zemědělské emise jsou hlavním důvodem nárůstu celkových emisí v Africe, jižní Asii a Oceánii.

U fosilních paliv byl největší nárůst emisí metanu – 5–12 miliard tun – zaznamenán v Číně, přičemž Severní Amerika, Afrika, jižní Asie a Oceánie zaznamenaly nárůst o 4–6 milionů tun. Emise metanu související s fosilními palivy ve Spojených státech vzrostly o 3,4 milionu na 4,0 milionu tun.

Přesto stojí za zvážení, že nedávný výzkum ukázal, že navzdory obrovským číslům byly emise metanu z fosilních paliv „vážně podhodnoceny“.

Přečtěte si také

Novozélandští vědci vytvořili stádo umělých krav, aby studovali emise metanu do atmosféry. Tato zpráva se nedávno objevila v médiích. Na první pohled se nápad zdá bláznivý. Problém, na kterém vědci pracují, je však více než vážný. Jak nebezpečná je pro planetu jednoduchá molekula skládající se z jednoho atomu uhlíku a čtyř atomů vodíku?

Horká molekula

Jedním z nejpopulárnějších „hororových příběhů“, které lidstvo děsí, je globální oteplování – prudké zvýšení průměrné roční teploty na Zemi. Důsledky globálního oteplování jsou jako noční můra: tání ledovců, záplavy zemí nacházejících se v nízkých nadmořských výškách, vyhynutí některých druhů živých bytostí a nekontrolované rozmnožování jiných.

Ekologové uvádějí skleníkový efekt jako jednu z hlavních příčin globálního oteplování. Teoretické základy tohoto fenoménu byly založeny již v 1827. století. V roce XNUMX francouzský vědec Fourier navrhl, že atmosféra propouští krátkovlnné sluneční záření, ale zadržuje dlouhovlnné záření odražené Zemí, včetně tepelného záření.

Některé plyny přispívají ke skleníkovému efektu tím, že absorbují a „znovu vydávají“ infračervené záření. Takové plyny se nazývají skleníkové plyny. Nejznámějším skleníkovým plynem je CO₂nebo oxid uhličitý. Z hlediska schopnosti zesilovat skleníkový efekt je však výrazně horší než jiný „škůdce“ – metan. Účinek jedné tuny metanu uvolněného do atmosféry se přibližně rovná účinku vypuštění 25 tun oxidu uhličitého.

Obsah metanu v zemské atmosféře je malý. Jeho koncentrace je vyjádřena v částech na milion (ppm). Aktuálně průměrný obsah CH₄ (toto je chemický vzorec metanu) se odhaduje na 1,8 ppm. Toto číslo samo o sobě mnoho neznamená. Rozdíl je patrný při srovnání s podobnými údaji z doby před několika staletími. Monitorování obsahu metanu se provádí od druhé poloviny 0,07. století, ale některé faktory umožnily vědcům „odhadnout“ koncentraci tohoto plynu v minulosti. Až do poloviny XNUMX. století bylo XNUMX dílů metanu na milion dílů různých atmosférických plynů. S prudkým nárůstem počtu obyvatel Země začal růst i tento údaj.

Tento trend donutil vědce věnovat metanu větší pozornost. Vědci se zajímali především o zdroje nebezpečného plynu. Podle původu lze metan rozdělit do několika skupin. Plyn se přirozeně tvoří v mokřadech, tundře, vodních plochách, trávicím systému některých druhů hmyzu (termitů) a obratlovců a v důsledku geochemických procesů. Mezi antropogenní (tj. způsobené lidskou činností) faktory emise metanu patří zvětšující se plochy rýžových polí, těžební činnost, vytváření skládek, spalování odpadů a produkce ropy a plynu.

Navzdory této rozmanitosti neexistují přímí výrobci CH₄ ne tolik. Mezi nimi se rozlišuje živé a neživé. Metan uvolněný v důsledku činnosti živých organismů se nazývá biogenní. Biogenní metan se tvoří například v rýžových polích, na skládkách, v bažinách a v trávicím systému přežvýkavců a hmyzu. Abiogenní metan je produkován chemickými reakcemi zahrnujícími anorganické sloučeniny. Poměr mezi biogenním a abiogenním metanem je přibližně 9:1.

Po dlouhou dobu se věřilo, že jedinými živými tvory schopnými produkovat metan jsou bakterie. V roce 2006 však vyšel článek, jehož autoři dokázali, že nebezpečný plyn mohou vypouštět rostliny. Dílo vyvolalo obrovský ohlas. Překvapivé výsledky se pokusilo potvrdit nebo vyvrátit mnoho skupin výzkumníků. V tuto chvíli nelze s jistotou říci, zda jsou rostliny „spoluviníky“ při zásobování atmosféry metanem.

Ve všech případech biogenní emise metanu nejsou nebezpečné molekuly syntetizovány rostlinami nebo kravami, ale mikroorganismy. Bakterie, které produkují metan jako výsledek své životně důležité činnosti, se nazývají metanogeny. V nepřítomnosti kyslíku provádějí enzymatické zpracování celulózy a vedlejším produktem tohoto procesu je metan. Bez takových bakterií by přežvýkavci a termiti nebyli schopni konzumovat rostlinný materiál.

Neobvyklé partnerství mezi krávami a bakteriemi z nich udělalo terč ostré kritiky ze strany ekologů. Když ekologové volají po snížení stavů hospodářských zvířat, nabízejí někdy poněkud exotické alternativy. Například australským průmyslníkům bylo doporučeno, aby opustili produkci hovězího a přešli na klokaní maso. Přestože má horší chuťové vlastnosti než maso kravské, klokani vypouštějí výrazně méně škodlivého plynu.

Experiment s umělými krávami by měl pomoci i ekologům v boji s metanem. Jednotky reprodukují všechny procesy probíhající v trávicím traktu přežvýkavců. Pomocí různých strategií krmení mají vědci v úmyslu podrobně studovat proces emise plynu. Se stádem skutečných krav by to bylo mnohem obtížnější.

Životní nutnost

Zatímco metan představuje vážnou hrozbu pro klima Země (ačkoli ne všichni vědci souhlasí), objev plynu na jiných planetách dává výzkumníkům naději. Doufám, že tyto planety jsou obydlené. V historii Země patřily methanogeny mezi první živé organismy, které se vynořily z neživé prvotní polévky. Byli to oni, kdo „připravil“ planetu na vzhled dalších obyvatel. Protože vědci neznají žádné jiné formy života kromě těch na Zemi, a priori je hledají ve vzdáleném vesmíru.

Existence dalších obyvatelných světů ve vesmíru nebyla dosud prokázána, ale výzkumníci vyvinuli řadu kritérií, která zvyšují pravděpodobnost, že studovaná planeta ukrývá (nebo kdysi ukrývala) život pozemského typu. Kromě poměrně přísných omezení teploty a tlaku musí kandidátská planeta „vyžadovat“ atmosféru.

Pokud jsou tyto nezbytné podmínky splněny, mohou astronomové začít s podrobnějším pátráním po životě na planetě. Vědci identifikují čtyři takzvané biomarkery, které by měly být přítomny na obyvatelných planetách. Patří mezi ně voda, metan, oxid uhličitý a kyslík. Dosud nebyly všechny čtyři sloučeniny objeveny na žádné planetě. V našem bezprostředním kosmickém prostředí však existuje nebeské těleso, které nese tři biomarkery najednou. Toto nebeské těleso je Mars.

Sněhové čepice Marsu jsou vyrobeny ze zmrzlého oxidu uhličitého, přítomnost vody nedávno prokázala sonda Phoenix Mars, ale přítomnost metanu v atmosféře Marsu zůstala diskutabilní. Tento plyn byl poprvé „detekován“ na Rudé planetě teleskopem Mauna Kea na Havaji a orbitální sondou Mars Express.

Až donedávna si však astronomové nebyli zcela jisti, že metan, který objevili, je skutečně marťanského původu a nejedná se o pozemské „znečištění“. V polovině ledna 2009 časopis Věda Objevila se studie, která umožnila jasně „předepsat“ metan na Marsu. Jeho autoři strávili několik let studiem dat z infračervené observatoře NASA a dalekohledu Keck a byli schopni oddělit pozemský metan od metanu na Marsu. Navíc se jim podařilo lokalizovat zdroje CH₄ a sledovat jejich sezónní aktivitu.

Vědci zatím nemohou jednoznačně označit marťanský metan za biogenní. Optimisté se domnívají, že přítomnost dvou dalších biomarkerů a vhodné „klimatické“ podmínky na Marsu jsou pádnými argumenty ve prospěch této teorie. Dokud však výzkumníci na Marsu neobjeví fosilie nebo živé organismy, je příliš brzy na psaní nové kapitoly do učebnic.