Что такое метан и каково его воздействие на окружающую среду?

Метан (CH4) – это бесцветный газ без запаха, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Метан также является мощным парниковым газом; при выбросе он остается в атмосфере и влияет на климат Земли. Это вторая по значимости причина глобального потепления после углекислого газа. (1)

С 1750 года люди увеличили количество метана в атмосфере примерно на 150%. Добыча ископаемых видов топлива, таких как нефть, газ и уголь, является крупнейшим источником выбросов метана. Люди также увеличили выбросы метана из-за интенсивных методов ведения сельского хозяйства, животноводства и удаления отходов. (2)

Откуда берется метан?

За миллионы лет огромное количество органического вещества растений и животных, как в море, так и на суше, попадает в ловушку отложения и постепенно сжимается, и продвигается все глубже в землю. Давление и тепло вызывают молекулярный распад, в результате которого образуется термогенный метан.

С другой стороны, биогенный метан вырабатывается микроорганизмами в аноксической (бескислородной) среде, которые разлагают органические вещества в процессе, называемом ферментацией, в результате чего образуется метан. Аноксическая среда включает водно-болотные угодья, такие как озера, болота и торфяники. Микробы в пищеварительной системе животных и людей также производят метан, который выделяется отхождением кишечных газов и отрыжкой.

По данным NASA, около 30% выбросов метана приходится на водно-болотные угодья. Еще 30% приходится на добычу нефти, газа и угля. Сельское хозяйство, особенно животноводство, выращивание риса и управление отходами составляют 20%. Остальные 20% поступают из более мелких источников, включая океан, сжигание биомассы, вечную мерзлоту и – подождите – термитов. (3)

Природный газ представляет собой крупнейший антропогенный источник выбросов метана и выделяется при добыче нефти и газа. Нефтяные и газовые резервуары, которые часто встречаются вместе, существуют на тысячи метров ниже поверхности Земли. Чтобы добраться до них, нужно выкопать глубоко в земле колодцы. После добычи нефть и газ перемещаются по трубопроводам.

Метан имеет много полезных применений. Природный газ используется для отопления, приготовления пищи, в качестве альтернативного топлива для некоторых автомобилей и автобусов, а также для производства органических химикатов. Десять лет назад промышленность продвигала природный газ в качестве более чистого «мостового топлива», помогающего отказаться от нефти. Но хотя в момент сгорания природный газ выделяет меньше парниковых газов, он производит на самом деле не меньше выбросов, чем другие ископаемые виды топлива, на протяжении всего своего жизненного цикла из-за широко распространенных утечек.

Воздействие метана

Парниковые газы, такие как метан, остаются в атмосфере Земли, позволяя солнечному свету проходить через нее, но задерживая тепло. Увеличивая концентрацию парниковых газов в атмосфере, люди вызывают глобальное потепление.

Хотя метан в целом составляет гораздо меньшую часть парниковых газов, чем углекислый газ, и распадается примерно через 10 лет, он сильнее воздействует. Метан примерно в 28 раз мощнее углекислого газа. После падения в начале 2000-х годов уровни выбросов метана впоследствии выросли как из-за использования ископаемого топлива, так и из-за производства продуктов питания, поскольку люди потребляли больше мяса. (4, 5)

Выбросы от ископаемого топлива

Утечки газа могут происходить из труб и другой инфраструктуры в сетях природного газа, а также из простаивающих и заброшенных скважин. Сжигание и сброс во время добычи – два других значительных источника антропогенных выбросов метана. Если вы когда-нибудь видели, как при добыче нефти или газа из высокой трубы вырывается пламя – это сжигание природного газа в воздухе. (6)

Сжигание производится по разным причинам, в том числе по соображениям безопасности. Поскольку природный газ часто является побочным продуктом добычи нефти, производитель нефти может улавливать газ для использования в своей деятельности или поставлять его на рынок природного газа. Но когда у производителя нет доступа к трубопроводам или другой инфраструктуре для сбора и транспортировки газа, его сжигают. Низкие цены на газ также могут сделать сжигание газа дешевле, чем его продажу. С другой стороны, метан также могут выбрасывать в атмосферу без его сжигания.

Производители и дистрибьюторы нефти и газа оценивают выбросы во время бурения, удаления газов и сжигания в факелах, а также любого газа, который вытекает из миллионов труб и соединений, составляющих газовую сеть. Но независимые исследования показывают, что выбросы метана намного больше, чем сообщается в отраслевых отчетах. (7)

Новые исследования показывают, что пластиковые изделия, такие как пластиковые пакеты, предметы домашнего обихода и синтетическая одежда, являются дополнительными источниками выбросов метана. Это вызывает обеспокоенность, поскольку производство пластика может удвоиться в следующие два десятилетия, однако прямые выбросы от пластиковых изделий не учитывались ни в глобальном бюджете метана, ни в климатических моделях. (8)

Сельское хозяйство, животноводство и пищевые отходы

Выбросы метана в сельском хозяйстве включают животноводство, выращивание риса и сточные воды. Животноводство составляет самую большую долю, а также растущую долю, поскольку мировое потребление мяса продолжает расти. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), животноводство составляет 14,5% от общих антропогенных выбросов парниковых газов. (9, 10)

Основная часть выбросов домашнего скота происходит от жвачных, таких как крупный рогатый скот, буйволы, овцы и верблюды, которые производят много метана во время пищеварения, большая часть которого выделяется при отрыжке. Навоз домашнего скота вносит дополнительный вклад, особенно в системах интенсивного сельского хозяйства. Из выбросов метана от жвачных животных наибольший вклад вносят мясной и молочный скот. (10)

Пищевые отходы – еще одна серьезная проблема. По данным FAO, около трети всех продуктов питания, производимых в мире для потребления человеком, никогда не употребляется в пищу. Эти пищевые отходы вносят значительный вклад в общие выбросы парниковых газов (около 8%) и являются основным источником выбросов метана при разложении пищевых продуктов. (11)

Хотя наиболее важными источниками антропогенных выбросов метана являются сельское хозяйство и добыча ископаемого топлива, люди вносят свой вклад в выбросы другими способами. По данным EPA, полигоны твердых бытовых отходов являются третьим по величине источником антропогенных выбросов метана. Есть также косвенные воздействия изменения климата. Потепление планеты приводит к таянию вечной мерзлоты, что может привести к выбросу большего количества метана. Еще одна причина – сжигание биомассы от лесных пожаров и преднамеренное сжигание. (12, 13, 14, 15)

Последствия для здоровья человека

Помимо косвенного воздействия, связанного с климатом, выбросы метана отрицательно сказываются на качестве воздуха. Метан и другие углеводороды в природном газе соединяются с оксидами азота, образуя озоновое загрязнение. Приземный озон, также известный как смог, обостряет респираторные заболевания, такие как астма и хронический бронхит. (16)

Исследования также связывают бурение и гидравлический разрыв пласта с загрязнением питьевой воды настолько серьезным, что вода из кранов в домах вблизи буровых работ может воспламениться из-за высокого уровня метана. Хотя ограниченные исследования показывают, что метан не вреден для питья, он может вызывать взрывы и накапливаться в закрытых помещениях. (17, 18)

Регулирование

Поскольку метан является одновременно очень сильным парниковым газом и недолговечным по сравнению с двуокисью углерода, значительное сокращение выбросов метана окажет быстрое и важное влияние на атмосферное потепление. (19)

Одно недавнее исследование показало, что быстрое сокращение выбросов метана может замедлить скорость потепления Земли на целых 30%. Но времени мало: в 2020 году уровень метана резко увеличился. Важные меры по обращению вспять этой тенденции включают сокращение утечек, связанных с нефтью и газом, и преднамеренных выбросов газа, очистку заброшенных угольных шахт, сокращение потребления мяса и молочных продуктов, использование кормовых добавок для крупного рогатого скота, снижающих отрыжку, а также внедрение технологий для улавливания выбросов со свалок. (20, 21)

В 2020 году Европейский союз принял стратегию по сокращению выбросов метана в рамках Европейского зеленого курса, в котором изложен амбициозный план по достижению углеродной нейтральности к 2050 году, включая сокращение выбросов метана. По мере того, как мир готовился к саммиту по климату COP26 в Глазго, на Китай также нарастает давление, чтобы он делал больше. Неизвестно, хватит ли коллективных усилий, чтобы замедлить глобальное потепление и избежать катастрофической переломной точки, но импульс набирает обороты. (22)

Технологии тоже играют свою роль. Технологии улавливания метана позволяют хранить и повторно использовать метан, выбрасываемый свалками, сжиганием ископаемого топлива, навозом и другими источниками, в качестве топлива или даже в качестве компонента таких товаров, как одежда и упаковочные материалы. Сами по себе технологические инновации не повернут вспять тенденцию к увеличению выбросов. Но на счету каждое усилие.

Treehugger