Метан как парниковый газ

Метан является основным компонентом природного газа, но его химические и физические характеристики также делают его мощным парниковым газом и вызывающим беспокойство фактором глобального изменение климата.

Молекула метана, СН₄состоит из центрального атома углерода, окруженного четырьмя атомами водорода. Метан - бесцветный газ, обычно образующийся одним из двух способов:

• Биогенный метан вырабатывается микроорганизмами, расщепляющими определенные типы сахаров в условиях, когда кислород отсутствует. Этот биологически произведенный метан может быть выпущен в атмосферу сразу же после его производства, или он может накапливаться во влажном осадке только для последующего выброса.
• Термогенный метан образовался, когда органическое вещество было захоронено глубоко под геологическими слоями на протяжении миллионов лет, а затем разрушено давлением и высокими температурами. Этот тип метана является основным компонентом природного газа, составляя от 70 до 90% его. Пропан является распространенным побочным продуктом, встречающимся в природном газе.

Биогенный и термогенный метан могут иметь различное происхождение, но они имеют одинаковые свойства, что делает их эффективными парниковыми газами.

Метан вместе с углекислый газ и другие молекулы, вносит значительный вклад в парниковый эффект. Отраженная от солнца энергия в виде длинноволнового инфракрасного излучения возбуждает молекулы метана, а не уходит в космос. Это нагревает атмосферу, достаточно того, что метан способствует примерно 20% потепления из-за парниковых газов, второй по значимости после углекислого газа.

Из-за химические связи внутри своей молекулы метан гораздо эффективнее поглощает тепло, чем углекислый газ (в 86 раз больше), что делает его очень мощным парниковым газом. К счастью, метан может оставаться в атмосфере около 10-12 лет, прежде чем он окислится и превратится в воду и углекислый газ. Углекислый газ длится веками.

Согласно Агентство по охране окружающей среды (EPA)количество метана в атмосфере умножился после промышленной революции рост с 722 частей на миллиард (млрд-1) в 1750 году до 1834 млрд-1 в 2015 году. Однако, похоже, что выбросы из многих развитых частей мира выровнялись.

В Соединенных Штатах выбросы метана происходят в основном из ископаемого топлива. Метан выделяется не при сжигании ископаемого топлива, как углекислый газ, а при добыче, переработке и распределении ископаемого топлива. Метан вытекает из устьев скважин природного газа, на перерабатывающих заводах, из неисправных трубопроводных клапанов и даже в распределительной сети, доставляющей природный газ в дома и на предприятия. Оказавшись там, метан продолжает вытекать из газовых счетчиков и газовых приборов, таких как обогреватели и печи.

Некоторые несчастные случаи происходят во время обработки природного газа, что приводит к выделению большого количества газа. В 2015 году очень большие объемы метана были выпущены из хранилища в Калифорнии. Утечка Портер Ранч длилась месяцами, выбрасывая в атмосферу почти 100 000 тонн метана.

Вторым по величине источником выбросов метана в Соединенных Штатах является сельское хозяйство. В целом, сельскохозяйственная деятельность занимает первое место. Помните те микроорганизмы, которые производят биогенный метан в условиях, когда не хватает кислорода? Травоядные кишки скота полны ими. У коров, овец, коз и даже верблюдов в желудке есть метаногенные бактерии, которые помогают переваривать растительный материал, что означает, что они вместе пропускают очень большие количества метана. И это не второстепенная проблема, поскольку, по оценкам, полные 22% выбросов метана в Соединенных Штатах происходят из домашнего скота.

Еще одним сельскохозяйственным источником метана является производство риса. Рисовые поля также содержат метанообразующие микроорганизмы, а сырые поля выделяют около 1,5% глобальных выбросов метана. По мере роста численности населения, а также необходимости выращивания продуктов питания и повышения температуры в связи с изменением климата ожидается, что выбросы метана с рисовых полей будут продолжать расти. Корректировка практики выращивания риса может помочь облегчить проблему: временное сокращение воды в середине сезона, для Например, имеет большое значение, но для многих фермеров местная ирригационная сеть не может приспособить сдача.

Органическое вещество, разлагающееся глубоко на свалке, производит метан, который обычно выделяется и выбрасывается в атмосферу. Это достаточно важная проблема, согласно данным EPA, свалки являются третьим по величине источником выбросов метана в Соединенных Штатах. К счастью, все большее количество предприятий собирают газ и направляют его на установку, которая использует котел для производства электроэнергии с использованием этого отработанного газа.

Поскольку арктические районы быстро прогреваются, метан выделяется даже при отсутствии прямой человеческой деятельности. Арктическая тундра, наряду с ее многочисленными водно-болотными угодьями и озерами, содержит большое количество торфоподобной мертвой растительности, заключенной в лед и вечную мерзлоту. Когда эти слои торфа оттаивают, активность микроорганизмов возрастает и выделяется метан. В сложной петле обратной связи, чем больше метана в атмосфере, тем теплее он становится, и больше метана выделяется из оттаивающей вечной мерзлоты.

Чтобы добавить к неопределенности, еще одно тревожное явление может привести к очень быстрому разрушению нашего климата. Под арктическими почвами и в глубине океанов существуют большие концентрации метана, заключенные в ледяную сетку из воды. Полученная структура называется клатрат или гидрат метана. Большие отложения клатрата могут быть дестабилизированы путем изменения течений, подводных оползней, землетрясений и потепления. Внезапный обвал крупных метановых клатратных отложений по какой-либо причине приведет к выбросу большого количества метана в атмосферу и быстрому нагреванию.

Как потребитель, наиболее эффективный способ снизить выбросы метана - это уменьшить наши потребности в энергии из ископаемого топлива. Дополнительные усилия включают выбор диеты с низким содержанием красного мяса, чтобы снизить спрос на производство метана крупный рогатый скот и компостирование, чтобы уменьшить количество органических отходов, отправляемых на свалки, где они будут производить метан.