Εκπομπές μεθανίου

Oι εκπομπές μεθανίου στην ατμόσφαιρα πραγματοποιούνται από μια ποικιλία ανθρωπογενών και φυσικών δραστηριοτήτων. Το μεθάνιο (CH4) είναι ένας υδρογονάνθρακας που είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου. Είναι επίσης ένα αέριο του θερμοκηπίου (GHG), επομένως η παρουσία του στην ατμόσφαιρα επηρεάζει το σύστημα θερμοκρασίας και κλίματος της γης. Το μεθάνιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο ανθρωπογενές αέριο του θερμοκηπίου μετά από το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), και αντιπροσωπεύει περίπου το 20% των παγκόσμιων εκπομπών. Είναι περισσότερο από 25 φορές πιο ισχυρό από το διοξείδιο του άνθρακα στην παγίδευση θερμότητας στην ατμόσφαιρα. Κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων αιώνων, οι συγκεντρώσεις μεθανίου στην ατμόσφαιρα υπερδιπλασιάστηκαν, κυρίως λόγω των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων. Επειδή το μεθάνιο είναι τόσο ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου όσο και βραχύβιο σε σύγκριση με το διοξείδιο του άνθρακα, η επίτευξη σημαντικών μειώσεών του θα έχει ταχεία και σημαντική επίδραση στο δυναμικό θέρμανσης της ατμόσφαιρας.Κατά τη διάρκεια του 2019, περίπου το 60% (360 εκατομμύρια τόνοι) μεθανίου που απελευθερώθηκε παγκοσμίως προήλθε από ανθρώπινες δραστηριότητες, ενώ οι φυσικές πηγές συνέβαλαν περίπου στο 40% (230 εκατομμύρια τόνοι). Το ένα τρίτο (33%) των ανθρωπογενών εκπομπών προέρχονται από την απελευθέρωση αερίου κατά την εξαγωγή και παράδοση ορυκτών καυσίμων, λόγω εξαερισμού και διαρροών αερίου. Η κτηνοτροφία είναι εξίσου μεγάλη πηγή (30%), λόγω της εντερικής ζύμωσης από μηρυκαστικά ζώα όπως τα βοοειδή και τα πρόβατα. Οι ροές των ανθρωπίνων αποβλήτων, ιδίως εκείνων που διέρχονται από χώρους υγειονομικής ταφής και επεξεργασίας λυμάτων, έχουν εξελιχθεί σε τρίτη σημαντική κατηγορία (18%). Η γεωργικές καλλιέργειες, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής τροφίμων και βιομάζας, αποτελούν μια τέταρτη ομάδα (15%), με την παραγωγή ρυζιού να είναι η μεγαλύτερη πηγή.Οι παγκόσμιοι υγρότοποι συνεισφέρουν περίπου στα τρία τέταρτα (75%) από τις φυσικές πηγές μεθανίου. Διαρροές από εναποθέσεις υδρογονανθράκων και ένυδρων αερίων κοντά στην επιφάνεια, ηφαιστειακές εκλύσεις, πυρκαγιές και εκπομπές από τερμίτες αντιπροσωπεύουν μεγάλο μέρος των υπολοίπων. Οι συνεισφορές από τους επιζώντες άγριους πληθυσμούς των μηρυκαστικών θηλαστικών είναι πολύ λιγότερες από τις εκπομπές μεθανίου από τους ανθρώπους, τα βοοειδή και άλλα ζώα.

 Η συγκέντρωση του μεθανίου στην ατμόσφαιρα αυξάνεται τους τελευταίους δύο αιώνες και το 2019 ξεπέρασε τα 1860 μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb), που αντιστοιχεί σε δυόμισι φορές περισσότερο σε σχέση με τα προ-βιομηχανικά επίπεδα. Το ίδιο το μεθάνιο προκαλεί άμεση κατακράτηση ακτινοβολίας (αγγλ. direct radiative forcing) που είναι η δεύτερη μετά από εκείνη του διοξειδίου του άνθρακα. Λόγω αλληλεπιδράσεων με ενώσεις οξυγόνου που διεγείρονται από το ηλιακό φως, το μεθάνιο μπορεί να αυξήσει για μικρό χρονικό διάστημα την παρουσία στην ατμόσφαιρα των υδρατμών και του όζοντος, τα οποία είναι ισχυρά αέρια του θερμοκηπίου. Αυτή η ενίσχυση της βραχυπρόθεσμης αύξησης της θερμοκρασίας λόγω του μεθανίου ονομάζεται έμμεση κατακράτηση ακτινοβολίας. Όταν συμβαίνουν αυτές οι αλληλεπιδράσεις, παράγεται το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και είναι λιγότερο ισχυρό σε σχέση με το μεθάνιο. Η άμεση και η έμμεση κατακράτηση ακτινοβολίας λόγω της αύξησης συγκεντρώσεων του μεθανίου ευθύνεται για το ένα τρίτο της βραχυπρόθεσμης υπερθέρμανσης του πλανήτη.Αν και το μεθάνιο προκαλεί παγίδευση πολύ περισσότερης θερμότητας στην ατμόσφαιρα από το διοξείδιο του άνθρακα, λιγότερο από το ήμισυ του εκπομπόμενου μεθανίου παραμένει στην ατμόσφαιρα μετά από μια δεκαετία. Κατά μέσο όρο, το διοξείδιο του άνθρακα προκαλεί θέρμανση για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει αλλαγή στους ρυθμούς δέσμευσής του. Το δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP) είναι ένα μέτρο σύγκρισης της θέρμανσης που οφείλεται σε άλλα αέρια από αυτό του διοξειδίου του άνθρακα, για μια δεδομένη χρονική περίοδο. Η τιμή 85 DWP20 του μεθανίου σημαίνει ότι ένας τόνος εκπομπών μεθανίου προκαλεί 85 φορές μεγαλύτερη θέρμανση με έναν τόνο CO2 για μια περίοδο 20 χρόνων. Το GWP100 του μεθανίου κυμαίνεται από 28–34. Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι με τους οποίους το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί με φυσικές διεργασίες. Το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί μέσω μιας σειράς χημικών αντιδράσεων καθώς η οργανική ύλη αποσυντίθεται σε ρηχά βάθη σε περιβάλλοντα χαμηλού οξυγόνου, όπως βάλτους και έλη. Καθώς τα φυτά πεθαίνουν και βυθίζονται στον πυθμένα αυτών των υδαρών περιβαλλόντων, τα βακτήρια αρχίζουν να τα διαλύουν. Οι υγρότοποι είναι ο μεγαλύτερος φυσικός εισφορέας στις εκπομπές μεθανίου. Επιπλέον, το μεθάνιο μπορεί να διαρρεύσει από ηφαίστεια λάσπης, ορυζώνες και από τερμίτες.Μια μορφή μεθανίου αναμειγμένου με πάγο, ο ονομαζόμενος υδρίτης μεθανίου, μπορεί να βρεθεί παγιδευμένος σε στρώματα ιζημάτων στον πυθμένα του ωκεανού και κάτω από φύλλα πάγου και παγωμένες λίμνες στην Αρκτική. Αυτές οι συμπαγείς, παγωμένες εναποθέσεις έχουν χαρακτηριστεί ως πιθανή πηγή ενέργειας, αλλά είναι ιδιαίτερα ανησυχητικές επειδή μπορούν να απελευθερώσουν μεγάλες ποσότητες μεθανίου στην ατμόσφαιρα. Από το 2020, οι εκπομπές από ορισμένες πηγές παραμένουν πιο αβέβαιες από άλλες. Προέρχονται εν μέρει από τις τοπικές αυξήσεις εκπομπών που δεν καταγράφονται. Ο χρόνος που απαιτείται για να αναμειχθεί το αέριο του μεθανίου σε όλη την τροπόσφαιρα της Γης είναι περίπου 1-2 χρόνια. Σε αντίθεση με τις περισσότερες φυσικές και ανθρωπογενείς εκπομπές, η εξόρυξη και η καύση ορυκτών καυσίμων μεταφέρει άνθρακα από τις μεγάλες δεξαμενές αποθήκευσης στη βιόσφαιρα της Γης όπου θα παραμείνει για χιλιετίες. Συνολικά, έχουν εξαχθεί περίπου 400 δισεκατομμύρια τόνοι γεωλογικού άνθρακα έως το 2015, τα μισά τα τελευταία 30 χρόνια, με αυξανόμενο ρυθμό περίπου 10 δισεκατομμυρίων τόνων ετησίως. Το μέγεθος αυτής της μεταφοράς υπερβαίνει οποιοδήποτε άλλο γνωστό γεωλογικό γεγονός σε όλη την ανθρώπινη ιστορία. Περίπου το 50% του άνθρακα αυτού βρίσκεται σήμερα στην ατμόσφαιρα με τη μορφή αυξημένων συγκεντρώσεων CO2 και CH4. Μεγάλο μέρος του υπόλοιπου άνθρακα έχει απορροφηθεί από τους ωκεανούς ως αύξηση του διαλυμένου CO2 και ανθρακικού οξέος στην επιφάνεια του νερού. Το μέγεθος της συνολικής βλάστησης έχει επίσης αυξηθεί από την απορρόφηση CO2 μέσω της φωτοσύνθεσης, παρά τις αλλαγές στη χρήση γης σε ορισμένες περιοχές.Αυτή η αναδιανομή του άνθρακα είναι η βασική αιτία της ταχείας υπερθέρμανσης του πλανήτη, της οξίνισης των ωκεανών και των συνεπειών τους για τη ζωή. Μερικές από τις μεγαλύτερες επιπτώσεις, όπως η άνοδος της στάθμης της θάλασσας και η ερημοποίηση, προκαλούνται με την πάροδο του χρόνου λόγω της τεράστιας αδράνειας του συστήματος της Γης. Οι αβεβαιότητες όσον αφορά στις εκπομπές του μεθανίου, συμπεριλαμβανομένων των εξαγωγέων ορυκτών με μεγάλες εκπομπές και τις ανεξήγητες ατμοσφαιρικές διακυμάνσεις, απαιτούν βελτιωμένη παρακολούθηση τόσο σε περιφερειακή όσο και σε παγκόσμια κλίμακα. Η χρήση των δορυφόρων άρχισε να αξιοποιείται πρόσφατα, οι οποίοι παρέχουν τη δυνατότητα μέτρησης του μεθανίου και άλλων ισχυρότερων αερίων του θερμοκηπίου με βελτιωμένη ανάλυση. Το φασματόμετρο Tropomi που κυκλοφόρησε το 2017 από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος μπορεί να μετρήσει τις συγκεντρώσεις μεθανίου, διοξειδίου του θείου, διοξειδίου του αζώτου, μονοξειδίου του άνθρακα, αερολυμάτων και όζοντος στην τροπόσφαιρα της γης με αναλύσεις αρκετών χιλιομέτρων. Η ιαπωνική πλατφόρμα GOSAT-2 που ξεκίνησε να λειτουργεί το 2018 παρέχει παρόμοιες δυνατότητες. Ο δορυφόρος CLAIRE που κυκλοφόρησε το 2016 από την καναδική εταιρεία GHGSat μπορεί να αναλύσει το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο στα μόλις 50 μέτρα, επιτρέποντας έτσι στους πελάτες του να εντοπίσουν την πηγή των εκπομπών. Η Κίνα εισήγαγε νέους κανονισμούς το 2010 που απαιτούσαν από τα εργοστάσια άνθρακα είτε να δεσμεύουν τις εκπομπές μεθανίου είτε να μετατρέπουν το μεθάνιο σε CO2. Το 2019, με βάση μια μελέτη, διαπιστώθηκε ότι οι εκπομπές μεθανίου αντί να μειωθούν, αυξήθηκαν κατά 50% μεταξύ του 2000 και του 2015.Τον Μάρτιο του 2020, η εταιρεία Exxon ζήτησε αυστηρότερους κανονισμούς για τις εκπομπές μεθανίου, οι οποίοι θα περιλάμβαναν τον εντοπισμό και την επισκευή των διαρροών, την ελαχιστοποίηση του εξαερισμού και την απελευθέρωση του άκαυστου μεθανίου, και τις απαιτήσεις αναφορών από τις εταιρείες. Ωστόσο, τον Αύγουστο του 2020, ο Οργανισμός Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ ακύρωσε μια προηγούμενη αυστηρότερη ρύθμιση για τις εκπομπές μεθανίου για τις αμερικάνικες βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου. Το 2019, ερευνητές πρότειναν μια τεχνική για την απομάκρυνση του μεθανίου από την ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας ζεόλιθο. Σε αυτήν, κάθε μόριο μεθανίου θα μετατρέπεται σε CO2, το οποίο έχει πολύ μικρότερο αντίκτυπο στο κλίμα (99% λιγότερο). Η αντικατάσταση όλου του ατμοσφαιρικού μεθανίου με CO2 υπολογίζεται να μειώσει τη συνολική υπερθέρμανση του πλανήτη κατά περίπου το ένα έκτο (16.6%).Ο ζεόλιθος είναι ένα κρυσταλλικό υλικό με πορώδη μοριακή δομή. Ισχυροί ανεμιστήρες θα μπορούσαν να ωθήσουν τον αέρα από τους αντιδραστήρες ζεόλιθου και καταλυτών για να απορροφήσουν το μεθάνιο. Οι αντιδραστήρες αυτοί θα μπορούσαν στη συνέχεια να θερμανθούν για να απελευθερωθεί CO2. Η όλη διαδικασία θα απέδιδε $12,000 τον τόνο. Αέρια του θερμοκηπίου Επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής Κλιματική αλλαγή