메테인 배출

증가하는 메테인 배출(methane emissions)은 지구 대기 중 온실 기체 농도를 높이는 주요 요인이며, 단기적인 지구 가열의 최대 3분의 1을 차지한다. 2019년 한 해 동안 전 세계적으로 방출된 메테인의 약 60%(3억 6천만 톤)는 인간 활동에서 발생했으며, 자연적인 배출원은 약 40%(2억 3천만 톤)를 기여했다. 메테인 가스를 포집하고 활용하여 메테인 배출을 줄이면 환경적, 경제적 이득을 동시에 얻을 수 있다.

산업 혁명 이후 대기 중의 메테인 농도는 두 배 이상 증가했으며, 지구가 겪고 있는 온난화의 약 20%가 이 가스에 기인한다.Borunda, A. (2021, May 03). Methane facts and information. Retrieved April 6, 2022, from  인위적 배출량의 약 3분의 1(33%)은 화석 연료의 추출 및 운송 과정에서 발생하는 가스 방출로 인한 것이다. 이는 주로 가동 중인 화석 연료 기반 시설과 방치된 유정에서 발생하는 가스 방출 및 가스 누출 때문이다. 러시아는 석유 및 가스 분야에서 세계 최대의 메테인 배출국이다. 국제 에너지 기구(IEA)는 폐광된 탄광과 유정이 메테인 배출의 중요한 원인이 되었다고 강조한다. 이를 하나의 국가로 간주한다면 이들의 배출량은 세계 4위 수준으로 이란의 배출량을 넘어선다. IEA는 800만 개 이상의 방치된 육상 석유 및 가스 시추지를 처리하는 데 약 1,000억 달러가 소요될 것으로 추산한다.

축산업 역시 비슷한 규모의 배출원(30%)이며, 이는 주로 소와 양 같은 반추류 가축의 장내 발효로 인한 것이다. 2021년 발표된 글로벌 메테인 평가(Global Methane Assessment)에 따르면, 소를 포함한 가축의 메테인 배출은 전 세계 농업 분야 배출량 중 가장 큰 비중을 차지한다. 소 한 마리는 연간 최대 99kg의 메테인 가스를 생성할 수 있다. 반추 가축은 하루에 250~500L의 메테인을 생성할 수 있다.

인간의 소비 폐기물 흐름, 특히 쓰레기 매립지와 하수 처리 과정을 거치는 폐기물은 세 번째 주요 범주(18%)로 성장했다. 식량 및 바이오매스 생산을 모두 포함하는 경작 농업은 네 번째 그룹(15%)을 형성하며, 그중 벼 농사가 가장 큰 단일 기여 요인이다.

전 세계의 습지는 지속적인 자연적 메테인 배출원의 약 4분의 3(75%)을 차지한다. 지표면 근처의 탄화수소 및 가스 하이드레이트 매장지에서의 누출, 화산 가스 방출, 산불, 흰개미의 배출이 나머지의 상당 부분을 차지한다. 야생 반추 포유류의 기여도는 소, 인간, 그리고 다른 가축들에 의한 배출량에 비해 매우 미미하다.

이코노미스트지는 메테인 배출을 줄이는 것이 더 어려운 과제인 탄소 배출 문제에 대처할 시간을 벌어줄 것이라며 메테인 배출 목표 설정을 권고했다.

 대기 농도 및 온난화 영향 

대기 중 메테인(CH4) 농도는 계속 증가하여 2019년에 1860Ppb를 넘어섰으며, 이는 산업화 이전 수준의 2.5배에 달한다.Earth System Research Laboratory Global Monitoring Division, NOAA, May 5, 2019 메테인 자체는 이산화 탄소(CO2) 다음으로 강력한 직접 복사강제력을 유발한다. 태양광에 의해 자극된 산소 화합물과의 상호작용으로 인해 CH4는 그 자체로 강력한 온난화 가스인 수명 짧은 오존과 수증기의 대기 중 존재량을 증가시킬 수 있다. 대기 학자들은 메테인의 단기 온난화 영향이 증폭되는 이 현상을 간접 복사강제력이라고 부른다. 이러한 상호작용이 일어날 때 수명이 더 길고 온난화 효과가 덜한 CO2도 생성된다. 직접 및 간접 강제력을 모두 포함하면 대기 중 메테인의 증가는 단기 지구 가열의 약 3분의 1을 차지한다.

메테인은 같은 질량의 이산화 탄소보다 훨씬 더 많은 열을 가두지만, 방출된 CH4의 절반 미만이 10년 후에 대기에 남는다. 평균적으로 탄소 격리율에 변화가 없다고 가정할 때 이산화 탄소는 훨씬 더 오랫동안 온난화를 유발한다. 지구 온난화 지수(GWP)는 일정 기간 동안 이산화 탄소와 다른 가스에 의한 온난화 효과를 비교하는 방법이다. 메테인의 GWP20이 85라는 것은 대기로 배출된 1톤의 CH4가 20년 동안 1톤의 CO2보다 약 85배 더 많은 대기 온난화를 유발한다는 것을 의미한다.Myhre, G., D. Shindell, F.-M. Bréon, W. Collins, J. Fuglestvedt, J. Huang, D. Koch, J.-F. Lamarque, D. Lee, B. Mendoza, T. Nakajima, A. Robock, G. Stephens, T. Takemura and H. Zhang (2013) "Anthropogenic and Natural Radiative Forcing". Table 8.7 on page 714.  In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Anthropogenic and Natural Radiative Forcing 100년 시간 척도에서 메테인의 GWP100은 28~34 범위에 있다.

메테인 배출 감소는 탄소 배출 문제에 대처할 시간을 벌 수 있기 때문에 중요하다.

 배출원 개요 
섬네일|upright=1.4|아워 월드 인 데이터에서 추정한 2008~2017년 10년 동안의 주요 메테인 배출원

섬네일|230px|"탑다운 인버전 모델과 바텀업 모델 및 목록(오른쪽 어두운 색 상자 그림)을 통한 2008~2017년 10년 동안의 5가지 주요 범주별 메테인 전 세계 배출량.

생물 발생 메테인은 메테인 생성이라는 과정을 통해 미생물에 의해 활발하게 생성된다. 특정 조건하에서, 메테인 샘플을 생성한 혼합 과정은 탄소 동위 원소 비율과 탄소 연대 측정과 유사한 분석 방법을 통해 유추할 수 있다.

 인위적 배출원 
섬네일|300px|4가지 배출원 범주별 메테인 배출 지도
섬네일|300px|시간 경과에 따른 전 세계 부문별 메테인 배출량

, 일부 배출원으로부터의 배출량은 다른 곳보다 더 불확실한 상태로 남아 있는데, 이는 부분적으로 제한된 전 세계 측정 능력으로는 포착되지 않는 국지적인 배출 급증 때문이다. 메테인 배출이 지구의 대류권 전체에 잘 섞이기까지 걸리는 시간은 약 1~2년이다.

위성 데이터에 따르면 2010~2019년 동안 발생한 메테인 배출량 증가의 80% 이상은 열대 육상 지역의 배출이다.

석유 및 가스 산업, 또는 화석 연료 추출, 유통 및 사용 과정에서 발생하는 메테인 배출량이 생각보다 훨씬 더 많다는 연구와 데이터가 축적되고 있다.

 범주  주요 배출원  IEA 연간 배출량 2023(백만 톤) 화석 연료 가스 배출 29 유정 49* 탄광 40 바이오 연료 혐기성 소화 10 산업형 농업 장내 발효 142 벼 논  분뇨 관리  바이오매스 바이오매스 연소 10 소비 폐기물 고형 폐기물매립지 가스 71 폐수  총 인위적 배출량 351 * 매년 유정에서 추가로 1억 톤(1,400억 입방미터)의 가스가 플레어링으로 연소된다.추가 참조:

 자연적 배출원 
섬네일|300px|3가지 자연적 배출원과 1가지 흡수원 지도
자연적 배출원은 항상 메테인 순환의 일부였다. 습지 배출은 농경지 및 대지 조성을 위한 배수 작업으로 인해 감소해 왔다.

 범주  주요 배출원  IEA 연간 배출량 2023(백만 톤) 습지 습지 메테인 194 기타 자연 배출원 지질학적 누출화산 가스 39 북극해 메테인 방출 해양 퇴적물  산불  흰개미  총 자연 배출량 233 추가 참조:

 메테인 생성 
대부분의 생태적 메테인 배출은 특정 동물의 소화관뿐만 아니라 따뜻하고 축축한 토양에서 메테인을 생성하는 메테인 세균과 직접적으로 관련이 있다. 메테인 세균은 메테인을 생성하는 미생물이다. 에너지를 생성하기 위해 그들은 메테인 생성이라는 혐기성 과정을 사용한다. 메테인 세균은 아주 적은 농도의 산소 존재하에서도 대사를 할 수 없기 때문에 호기성(산소 이용) 과정 대신 이 과정을 사용한다. 메테인 생성 과정에서 아세테이트가 분해되면 그 결과로 메테인이 주변 환경으로 방출된다.

메테인 생산의 과학적 용어인 메테인 생성은 다른 산화제의 가용성이 부족하기 때문에 주로 혐기성 조건에서 발생한다. 이러한 조건에서 고세균이라 불리는 미세 생물들은 발효 과정에서 필수 자원을 분해하기 위해 아세테이트와 수소를 사용한다.

아세토클라스틱 메테인 생성 – 특정 고세균은 혐기성 발효 중에 생성된 아세테이트를 쪼개어 메테인과 이산화 탄소를 생성한다.

 H3C-COOH → CH4 + CO2

수소영양 메테인 생성 – 고세균은 수소를 이산화 탄소로 산화시켜 메테인과 물을 생성한다.

 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O

아세토클라스틱 메테인 생성과 수소영양 메테인 생성은 대기 중 메테인의 두 가지 주요 근원 반응이지만, 다른 부수적인 생물학적 메테인 근원 반응도 발생한다. 예를 들어, 산소가 있는 상태에서 자외선에 노출된 잎 표면 왁스가 메테인의 호기성 배출원임이 발견되었다.

 자연적 메테인 순환 

대부분의 배출원(자연 및 인위적 모두)이 육지에 위치하고 북반구에 육지 면적이 더 많기 때문에 농도는 북반구에서 더 높다. 농도는 계절에 따라 달라지는데, 예를 들어 북반구 열대 지방에서는 주로 하이드록실 라디칼에 의한 제거로 인해 4~5월에 최저치를 기록한다.

예를 들어 메테인을 생성하는 식물은 밤보다 낮에 2~4배 더 많은 메테인을 방출할 수 있다. 이는 식물이 화학적 과정을 수행하기 위해 태양 에너지에 의존하는 경향이 있다는 사실과 직접적으로 관련이 있다.

 습지 

메테인 생성률이 높은 습지에서 식물은 메테인이 대기로 이동하는 것을 돕는다. 식물은 가스를 토양을 통해 공기 중으로 위로 보내는 거꾸로 된 피뢰침처럼 작용한다. 2014년 생물지구화학(Biogeochemistry) 기사에 따르면 식물 스스로 메테인을 생성하는 것으로 의심되기도 하지만, 식물이 메테인을 생성하려면 호기성 조건을 사용해야 하므로 그 과정 자체는 아직 확인되지 않았다.

북부 습지의 메테인 배출에 관한 1994년 기사에 따르면 1800년대 이후 대기 중 메테인 농도는 매년 약 0.9%의 비율로 증가했다.

 인간에 의한 메테인 배출 

IPCC의 제6차 보고서(AR6)는 "산업화 이후 대기 중 이산화 탄소(CO2), 메테인(CH4), 아산화 질소(N2O)의 증가는 압도적으로 인간 활동에 의해 발생했다는 점이 명백하다"고 밝혔다. 대기 중 메테인은 수명이 길고 전 세계적으로 혼합된 모든 온실 기체에 의한 전체 복사강제력(RF)의 20%를 차지했다.

CCAC와 유엔 환경 계획(UNEP)의 2021년 평가에 따르면, 전 세계 메테인 배출량의 50% 이상이 화석 연료(35%), 폐기물(20%), 농업(40%) 분야의 인간 활동에 의해 발생한다. 석유 및 가스 산업은 23%, 석탄 광업은 12%를 차지한다. 전 세계 인위적 배출량의 20%는 매립지와 폐수에서 발생한다. 분뇨와 장내 발효는 32%, 벼 재배는 8%를 차지한다.

인간 활동의 결과로 대기 중 메테인이 가장 명확하게 상승한 시기는 1700년대 산업 혁명 기간이었다. 20세기 동안—주로 화석 연료 사용으로 인해—대기 중 메테인 농도가 증가하다가 1990년대에 잠시 안정되었으나, 2007년에 다시 증가하기 시작했다. 2014년 이후 증가세가 가속화되어 2017년에는 1,850ppb에 도달했다.

현대 인간 활동으로 인한 메테인 농도 증가는 산업 활동, 지하 저장소로부터의 석유 및 천연가스 추출, 파이프라인을 통한 석유 및 천연가스 수송, 그리고 인간의 화석 연료 사용으로 인한 지구 온난화 때문에 발생하는 북극 지역의 영구 동토층 해빙 등 여러 구체적인 원인에서 비롯된다.

천연가스의 주성분은 메테인이며, 천연가스의 "생산, 처리, 저장, 전송 및 유통"의 모든 단계에서 대기로 방출된다.

 석유 및 가스 추출로 인한 배출 

2005년 부퍼탈 기후·환경·에너지 연구소의 기사는 천연가스를 운송하는 파이프라인을 메테인 배출원으로 지목했다. 이 기사는 메테인 농도가 97%인 러시아의 얌부르크 및 우렌고이 가스전에서 서유럽 및 중앙유럽으로 연결되는 시베리아 횡단 천연가스 파이프라인 시스템의 사례를 인용했다. IPCC 및 다른 천연가스 배출 제어 그룹에 따라, 파이프라인 부속품 및 통풍구에서의 기술적 방출과 누출로 인한 메테인 배출을 측정하기 위해 파이프라인 전반에 걸쳐 측정이 수행되어야 했다. 천연가스 누출의 대부분은 이산화 탄소였지만, 누출 및 고장의 결과로 상당량의 메테인도 파이프라인에서 지속적으로 방출되고 있었다. 2001년 파이프라인 및 천연가스 수송 시스템에서의 천연가스 배출량은 생산된 천연가스의 1%를 차지했다. 2001년에서 2005년 사이에는 이 수치가 0.7%로 감소했으며, 2001년 수치는 1996년에 비해 상당히 낮았다.

2012년 기후 변화(Climatic Change) 학술지 기사와 로버트 W. 하워스(Robert W. Howarth)가 이끄는 과학자 팀의 2014년 간행물은 "셰일 가스는 어떤 시간 척도에서도 전통적인 가스보다 더 큰 온실 기체 발자국을 가진다는 강력한 증거가 있다. 셰일 가스의 온실 기체 발자국은 수십 년의 시간 척도에서 고려할 때 석유나 석탄의 발자국을 초과한다"고 밝혔다. 하워스는 수압 파쇄 및 셰일 가스 개발로 인한 메테인 배출을 규제하기 위한 정책 변화를 촉구했다.

스코트 M. 밀러(Scot M. Miller)가 이끄는 연구팀의 2013년 연구는 2013년 당시 미국의 온실 기체 감축 정책이 인위적 메테인 배출량을 상당히 과소평가한 것으로 보이는 데이터에 근거하고 있다고 밝혔다. 이 기사는 "농업과 화석 연료 추출 및 가공—석유 및 천연가스—으로 인한 온실 기체 배출량"이 "기존 연구에서 인용된 것보다 두 배 이상일 가능성이 높다"고 언급했다. 2001년까지 인위적 배출원이 기후 변화에 미치는 영향에 대한 상세한 연구를 통해, IPCC 연구자들은 "지난 50년 동안 관찰된 온난화의 대부분이 인간 활동에 기인한다는 더 강력한 증거"를 발견했다. 산업 혁명 이후 인간은 대기 중 메테인 농도에 큰 영향을 미쳤으며 대기 농도를 대략 250% 증가시켰다. 2021년 IPCC 보고서에 따르면, 현재 기온 상승의 30~50%는 메테인 배출에 의해 발생하며, 메테인을 줄이는 것은 기후변화 완화의 빠른 방법이다. 브라질, EU, 미국을 포함한 107개국 연합은 글로벌 메테인 서약(Global Methane Pledge)으로 알려진 협약에 가입하여 2030년까지 전 세계 메테인 배출량을 2020년 수준 대비 최소 30% 감축한다는 공동 목표를 약속했다.

유럽 연합은 2024년에 메테인 규제안을 채택했다. 이 법은 석유 및 가스 개발업체가 메테인 배출량을 모니터링, 측정 및 보고하도록 요구한다. 생산자는 사용하지 않는 천연가스의 플레어링을 중단해야 하며 위성 이미지를 사용하여 누출을 감지해야 한다.

 동물 및 가축 
반추류 동물, 특히 소와 양은 식물성 물질을 분해하는 데 도움이 되는 박테리아를 위창자길에 가지고 있다. 이러한 미생물 중 일부는 식물성 물질의 아세테이트를 사용하여 메테인을 생성하며, 이 박테리아들이 반추 동물의 위와 장에 살기 때문에 동물이 "트림"을 하거나 배변할 때마다 메테인도 함께 배출된다. 2012년 스노위 마운틴 지역의 연구에 따르면, 소 한 마리가 배출하는 메테인의 양은 약 3.4헥타르의 메테인 산화 세균이 소비할 수 있는 양과 맞먹는다. 호주 스노위 마운틴 지역의 연구에 따르면 1,000헥타르의 농장에서 연간 8톤의 메테인이 메테인 산화 세균에 의해 산화되었다. 같은 농장의 소 200마리는 연간 5.4톤의 메테인을 배출했다. 따라서 소 한 마리는 연간 27kg의 메테인을 배출했고, 박테리아는 헥타르당 8kg을 산화시켰다. 소 한 마리의 배출량은 27/8 ≈ 3.4헥타르에 의해 산화되었다.

흰개미 또한 내장에 메테인 생성 미생물을 가지고 있다. 그러나 이러한 미생물 중 일부는 매우 독특하여 흰개미의 세 번째 내장 외에는 세계 어디에도 살지 않는다. 이 미생물들은 또한 생물학적 성분을 분해하여 에탄올과 메테인 부산물을 생성한다. 하지만 먹는 식물 에너지의 20%를 손실하는 반추 동물과 달리, 흰개미는 그 과정에서 에너지의 2%만 손실한다. 따라서 상대적으로 흰개미는 동일한 양의 에너지를 얻기 위해 반추 동물만큼 많은 먹이를 먹을 필요가 없으며 메테인도 비례적으로 적게 배출한다.

2001년, NASA 연구진은 지구 온난화에서 가축의 장내 발효가 수행하는 중요한 역할을 확인했다. 2006년 유엔 식량 농업 기구(FAO) 보고서에 따르면, 가축은 CO2 상당량으로 측정했을 때 운송 부문 전체보다 더 많은 온실 기체를 생성한다. 가축은 인위적 CO2의 9%, 인위적 아산화 질소의 65%, 인위적 메테인의 37%를 차지한다. 그 이후로 동물 과학 및 생명공학 연구자들은 가축의 혹위 내 메테인 세균과 메테인 배출 완화에 연구를 집중해 왔다.

기후 변화에 관한 2006년 스턴 보고서의 저자인 니콜라스 스턴(Nicholas Stern)은 "세계가 기후 변화를 극복하려면 사람들이 채식주의자로 전환해야 할 것"이라고 말했다. 2003년, 미국국립과학원 원장이자 대기 학자인 랄프 시세로네(Ralph Cicerone)는 메테인이 "대기에서 두 번째로 중요한 온실 기체"이기 때문에 메테인을 생성하는 유우와 육우의 수 증가는 "심각한 주제"라는 우려를 제기했다.

메테인의 약 5%는 방귀를 통해 방출되는 반면, 나머지 95%는 트림을 통해 방출된다. 트림을 통해 배출되는 양을 줄이기 위한 백신이 개발 중이다. 가축 사료 첨가제로 사용되는 아스파라고프시스(Asparagopsis) 해조류는 메테인 배출량을 80% 이상 줄였다.

 폐기물 

 쓰레기 매립지 
많은 양의 유기물 수집과 혐기성 조건의 가능성 때문에, 쓰레기 매립지는 미국에서 대기 중 메테인의 세 번째로 큰 배출원이며, 2014년 전 세계적으로 메테인 배출량의 약 18.2%를 차지했다. 폐기물이 매립지에 처음 추가될 때는 산소가 풍부하여 호기성 분해가 일어나며, 이 기간 동안에는 메테인이 거의 생성되지 않는다. 그러나 일반적으로 1년 이내에 산소 수치가 고갈되고 혐기성 조건이 매립지를 지배하게 되어 메테인 세균이 분해 과정을 주도하게 된다. 이러한 메테인 세균은 메테인을 대기 중으로 방출하며, 매립지가 폐쇄된 후에도 대량의 부패 물질로 인해 메테인 세균은 수년 동안 메테인을 계속 생성할 수 있다.

 하수 처리 
폐수 처리 시설은 인간의 오염 결과인 유기물, 고형물, 병원균 및 화학적 위험 요소를 제거하는 역할을 한다. 폐수 처리 시설의 메테인 배출은 유기 화합물의 혐기성 처리와 슬러지의 혐기성 생분해 결과로 발생한다.

 북극의 저장된 메테인 방출 
섬네일|영구 동토층에서 방출되는 메테인의 원천인 서모카르스트를 초래한 녹은 영구 동토층 이미지.

 기타 

 수생 생태계 
수생생태계에서 발생하는 자연적 및 인위적 메테인 배출은 전 세계 총 배출량의 약 절반을 차지하는 것으로 추정된다. 도시화와 부영양화는 수생 생태계로부터의 메테인 배출 증가를 초래할 것으로 예상된다.

 생태적 전환 
숲과 자연 환경을 농경지로 전환하면 토양의 질소량이 증가하여 메테인 산화를 억제하고, 토양 내 메테인 산화 세균이 흡수원 역할을 하는 능력을 약화시킨다. 또한 지하수위의 변화를 통해 인간은 토양이 배출원 또는 흡수원으로 작용하는 능력에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다. 지하수위와 메테인 배출 사이의 관계는 자연적 배출원의 습지 섹션에서 설명된다.

 벼 농업 
벼 농업은 메테인의 중요한 배출원이다. 따뜻한 날씨와 물에 잠긴 토양으로 인해 벼 논은 습지처럼 작용하지만, 식량 생산을 목적으로 인간에 의해 조성된다. 벼 논의 늪과 같은 환경 때문에, 이러한 논은 2022년에 약 4억 미터톤의 인위적 메테인 중 약 3,000만 톤을 배출했다.

 바이오매스 연소 
살아있거나 죽은 유기물의 불완전 연소는 메테인 방출을 초래한다. 자연적인 산불이 메테인 배출에 기여할 수 있지만, 대부분의 바이오매스 연소는 인간에 의해 발생한다. 여기에는 시민들에 의한 우발적인 화재부터 토지를 개간하기 위한 의도적인 화재, 폐기물 파괴의 결과로 발생하는 바이오매스 연소에 이르기까지 모든 것이 포함된다.

 석유 및 천연가스 공급망 
메테인은 천연가스의 주요 성분이며, 따라서 천연가스의 생산, 처리, 저장, 전송 및 유통 과정에서 상당량의 메테인이 대기로 손실된다.

미국 환경보호청(EPA)의 1990~2015년 미국 온실 기체 배출 및 흡수원 목록 보고서에 따르면, 2015년 미국의 천연가스 및 석유 시스템에서 발생한 메테인 배출량은 연간 총 8.1Tg이었다. 개별적으로 EPA는 천연가스 시스템에서 연간 6.5Tg의 메테인을 방출한 반면 석유 시스템에서는 연간 1.6Tg의 메테인을 방출한 것으로 추정했다. 메테인 배출은 시추 및 생산에서부터 수집, 처리, 전송을 거쳐 배급에 이르기까지 천연가스 산업의 모든 부문에서 발생한다. 이러한 배출은 정상 작동, 일상적인 유지 보수, 일시적 누출, 시스템 오작동 및 장비의 통기 과정을 통해 발생한다. 석유 산업에서 일부 지하 원유는 높은 저장소 압력에서 석유에 혼입된 천연가스를 포함하고 있다. 석유가 저장소에서 제거될 때 수반 가스가 생산된다.

그러나 메테인 배출 연구를 검토한 결과, 1990~2015년 EPA 온실 기체 배출 및 흡수원 목록 보고서가 2015년 석유 및 천연가스 공급망에서의 메테인 배출량을 상당히 과소평가했을 가능성이 높음이 드러났다. 검토 결과 2015년 석유 및 천연가스 공급망에서는 연간 13Tg의 메테인이 배출되었으며, 이는 같은 기간의 EPA 보고서보다 약 60% 더 많은 수치이다. 저자들은 이러한 불일치의 가장 가능성 있는 원인이 대량의 메테인이 방출될 수 있는 이른바 "비정상적인 작동 조건"에 대한 EPA의 샘플링 부족 때문이라고 적고 있다.
+2015년 미국 석유 및 천연가스 공급망의 메테인 배출량 (연간 Tg)공급망 부문1990-2015년 EPA 미국 온실 기체배출 및 흡수원 목록 보고서Alvarez et al. 2018석유 및 천연가스 생산3.57.6천연가스 수집2.32.6천연가스 전송 및 저장1.41.8천연가스 처리0.440.72천연가스 지역 배급0.440.44석유 정제 및 운송0.0340.034합계 (95% 신뢰 구간)8.1 (6.7–10.2)13 (11.3–15.1)

 석탄 광업 
2014년 NASA 연구진은 미국 남서부의 포 코너스 지역 상공에 떠 있는  크기의 메테인 구름을 발견했다고 보고했다. 이 발견은 2002년부터 2012년까지 유럽 우주국의 대기 차트 작성을 위한 주사 이미지 흡수 분광계(SCIAMACHY) 기기의 데이터를 기반으로 했다.

보고서는 "배출원은 기존의 가스, 석탄 및 탄층 메테인 채굴과 처리에서 비롯된 것으로 보인다"고 결론지었다. 이 지역은 2002년부터 2012년 사이에 매년 59만 미터톤의 메테인을 배출했으며, 이는 유럽 연합의 글로벌 대기 연구를 위한 배출 데이터베이스(EDGAR)에서 널리 사용되는 추정치보다 거의 3.5배나 많았다. 2019년 국제 에너지 기구(IEA)는 전 세계 탄광에서 누출되는 메테인 배출이 해운 및 항공 산업을 합친 것과 같은 속도로 지구 기후를 온난화시키고 있다고 추정했다.

 메테인 하이드레이트로부터의 메테인 가스 

심해저에서 발견되는 것과 같은 높은 압력에서 메테인은 물과 함께 고체 수화물을 형성하는데, 이를 메테인 하이드레이트라고 한다. 알 수 없지만 잠재적으로 매우 많은 양의 메테인이 해양 퇴적물에 이러한 형태로 갇혀 있다. 연구자들은 이 과정의 가능한 변화(클래스레이트 건 가설)를 조사하고 있다.

그러나 2021년 IPCC 제6차 평가 보고서는 "깊은 육상 영구 동토층과 해저 하이드레이트에 있는 가스 하이드레이트(주로 메테인)가 이번 세기 동안 배출 궤적에서 감지 가능한 이탈을 초래할 가능성은 매우 낮다"고 밝혔다.

 가스 엔진의 메테인 슬립 
전력 생산, 열병합 발전 및 중대형 차량 또는 추진을 위해 증발 가스를 사용하는 LNG선과 같은 용도로 내연기관에서 천연가스와 바이오가스를 사용할 때, 85%가 메테인인 미연소 탄화수소가 일정 비율로 배출된다. 가스를 내연기관 연료로 사용하는 것의 기후 문제가 CO2 및 입자상 물질 배출이 적다는 장점을 상쇄하거나 심지어 무효화할 수도 있다는 내용은 2016년 해양 엔진의 메테인 슬립에 관한 EU 이슈 페이퍼에 다음과 같이 설명되어 있다. "미연소 메테인 배출('메테인 슬립'으로 알려짐)은 높은 엔진 부하에서 LNG kg당 약 7g이었으며, 낮은 부하에서는 23~36g으로 증가했다. 이러한 증가는 낮은 온도에서의 느린 연소 때문일 수 있으며, 이로 인해 소량의 가스가 연소 과정을 피할 수 있게 된다." 도로 차량은 해양 엔진보다 저부하로 운행되는 경우가 많아 상대적으로 더 높은 메테인 슬립을 유발한다.

 전 세계 메테인 배출 모니터링 
2017년 10월에 발사된 유럽 우주국의 센티넬-5P 우주선에 탑재된 대류권 모니터링 장비(TROPOMI)는 공공적으로 이용 가능한 가장 상세한 메테인 배출 모니터링을 제공한다. 이 장비의 해상도는 약 50제곱킬로미터이다.

메테인샛(MethaneSAT)은 하버드 대학교 연구진과 협력하여 환경보호기금(Environmental Defense Fund)에서 개발 중이며, 1km의 개선된 해상도로 메테인 배출을 모니터링한다. 메테인샛은 50개의 주요 석유 및 가스 시설을 모니터링하도록 설계되었으며, 매립지와 농업 모니터링에도 사용될 수 있다. 이 프로젝트는 TED와 빌 & 멜린다 게이츠 재단의 협력체인 어데이셔스 프로젝트(Audacious Project)로부터 자금을 지원받으며, 이르면 2024년에 발사될 예정이다.

2023년에는 메테인 배출 모니터링을 위해 GHGSat에서 12개의 위성을 배치했다.

이른바 "슈퍼 배출원"인 화석 연료 추출지와 설명되지 않는 대기 변동을 포함한 메테인 배출의 불확실성은 지역 및 전 세계 규모에서 개선된 모니터링의 필요성을 강조한다. 최근 메테인과 다른 더 강력한 온실 기체를 개선된 해상도로 측정할 수 있는 능력을 갖춘 위성들이 가동되기 시작했다.

2017년 유럽 우주국에 의해 발사된 센티넬-5의 Tropomi 장비는 수 킬로미터의 해상도에서 지구 대류권 내의 메테인, 이산화 황, 이산화 질소, 일산화 탄소, 에어로졸 및 오존 농도를 측정할 수 있다. 2022년에는 이 장비를 사용하여 전 세계의 대규모 메테인 배출을 모니터링한 연구가 발표되었으며, 석유 및 가스 추출 현장에서 1,200개의 대규모 메테인 플룸이 감지되었다. NASA의 EMIT(지구 표면 광물 먼지원 조사) 장비도 슈퍼 배출원들을 식별했다. 2022년에 비해 2023년에 위성에 의해 감지된 대규모 메테인 배출 사례가 50% 증가한 것으로 관찰되었다.

2018년에 발사된 일본의 GOSAT-2 플랫폼도 유사한 기능을 제공한다.

캐나다 기업 GHGSat이 2016년에 발사한 클레어(Claire) 위성은 Tropomi의 데이터를 사용하여 15m2만큼 작은 메테인 배출원을 추적한다.

메테인 측정의 정밀도와 빈도를 높이고 지상 배출원을 식별하는 능력을 강화할 다른 위성들도 계획되어 있다. 여기에는 2022년에 발사될 예정이었던 메테인샛과 카본매퍼(CarbonMapper)가 포함된다.

유엔에 의해 국제 메테인 배출 관측소(International Methane Emissions Observatory)가 설립되었다.

 전 세계 메테인 수지 정량화 
기후 변화를 완화하기 위해 과학자들은 메테인 농도가 계속 증가함에 따라 전 세계 메테인(CH4) 수지를 정량화하는 데 집중해 왔다. 메테인은 현재 기후 강제력 측면에서 이산화 탄소 다음으로 중요하다. 대기 중 메테인에 대한 추가적인 이해는 기후 변화 완화를 향한 "현실적인 경로를 평가"하는 데 필요하다. 다양한 연구 그룹은 메테인 배출에 대해 다음과 같은 수치를 제시한다.
+전 세계 메테인 수지 추정치 (Tg(CH4)/년 단위)참조:Fung et al. (1991)Hein et al. (1997)Lelieveld et al. (1998)Houweling et al. (1999)Bousquet et al. (2006)Saunois et al. (2016)Saunois et al. (2020)기준 연도:1980년대–1992––2003–20122008-2017자연적 배출원습지115237225벼는 습지에 포함됨.145167 (127–202)181 (159-200)흰개미20–202064 (21–132)37 (21–50)대양10–1515수화물5–10––인위적 배출원에너지759711089105 (77–133)111 (81-131)매립지40354073매립지 합계에는 가정 하수 및 동물 폐기물이 포함됨.188 (115-243)217 (207-240)반추류 (가축)8090폐수 처리는 반추류에 포함됨.11593폐수 처리–25–벼 농업10088–바이오매스 연소554040–34 (15–53)30 (22-36)기타–––20야생 반추류의 소량 자연 배출 포함흡수원토양10304033 (28–38)38 (27-45)대류권 OH450489510515518 (474–532)성층권 손실4640배출원 대 흡수원 불균형총 배출원500587600558 (540–568)576 (550-594)총 흡수원460535580506548556 (501–574)

 국가별 감축 정책 
섬네일|전 세계 메테인 배출 문제 해결을 위한 다양한 배출 감축 정책의 잠재력을 보여주는 국제 에너지 기구 그래픽
섬네일|upright=1.2|과거 인벤토리 및 향후 공통 사회경제적 경로(SSP) 투영을 기반으로 한 전 세계 인위적 메테인 배출량 투영

중국은 2010년에 석탄 발전소가 메테인 배출을 포집하거나 메테인을 CO2로 전환하도록 요구하는 규정을 시행했다. 2019년 1월 네이처 커뮤니케이션즈에 발표된 논문에 따르면, 메테인 배출량은 대신 2000년에서 2015년 사이에 50% 증가했다.

2020년 3월, 엑슨은 메테인 누출의 감지 및 수리, 통기 및 미연소 메테인 방출의 최소화, 그리고 기업의 보고 요구 사항을 포함하는 더 엄격한 메테인 규제를 촉구했다. 그러나 2020년 8월, 미국 환경보호청은 미국 석유 및 가스 산업에 대한 기존의 강화된 메테인 배출 규칙을 폐지했다.

섬네일|upright=1.2|지역, 배출원 범주 및 위도별 2017년 메테인 배출량

 배출 감축 접근법 

 천연가스 산업 
국제 에너지 기구(IEA)에 따르면 화석 연료 산업에서 발생하는 메테인 배출량의 약 40%는 기존 기술을 사용하여 "기업에 순비용 없이 제거"될 수 있다. 40%는 모든 인간에 의한 메테인 배출량의 9%를 차지한다.

천연가스 산업의 배출량을 줄이기 위해 EPA는 가스 스타(Gas STAR)라고도 알려진 Natural Gas STAR 프로그램을 개발했다.

탄층 메테인 홍보 프로그램(CMOP)은 광업계가 탄광에서 대기로 방출될 메테인을 사용하거나 판매할 방법을 찾도록 돕고 장려한다.

2023년 유럽 연합은 화석 연료 기업이 메테인 누출을 모니터링 및 보고하고 단기간 내에 수리하도록 요구하는 법안에 합의했다. 이 법은 또한 메테인 통기 및 메테인 플레어링의 개선을 강제한다. 미국과 중국은 차기 기후 계획에 메테인 감축 목표를 포함할 것이라고 밝혔으나, 메테인 누출의 모니터링, 보고 또는 수리를 강제하는 규칙을 아직 제정하지 않았다.

 가축 
반추 동물이 내뿜는 메테인의 양에 대처하기 위해 모넨신(상품명 루멘신)이라는 약물이 개발되었다. 이 약물은 이오노포어(ionophore)로 분류되며, 무해한 박테리아 균주에 의해 자연적으로 생성되는 항생제이다. 이 약물은 사료 효율을 개선할 뿐만 아니라 동물과 그 분뇨에서 배출되는 메테인 가스의 양도 줄여준다.

약물 외에도 가축 분뇨로 인한 배출에 대응하기 위해 구체적인 분뇨 관리 기술이 개발되었다. 소규모 농장을 위한 교육 자원도 제공되기 시작했다. 관리 기술에는 매일 분뇨를 수거하여 수역으로 유출되는 것을 방지하는 완전히 밀폐된 저장 시설에 보관하는 것이 포함된다. 수거된 분뇨는 비료로 재사용되거나 외부 퇴비장에 보관될 때까지 저장될 수 있다. 다양한 동물 분뇨의 영양 수치는 정원 및 농업용 퇴비로서의 최적 활용을 위해 제공된다.

 쓰레기 매립지 
매립지의 메테인 배출에 대응하기 위해 1996년 3월 12일, EPA(환경보호청)는 청정공기법에 "매립지 규칙"을 추가했다. 이 규칙은 도시 고형 폐기물을 받아들인 적이 있고, 1987년 11월 8일 현재 사용 중이며, 최소 250만 미터톤의 폐기물을 수용할 수 있고 부피가 250만 입방미터 이상이며, 및 연간 비메테인 유기 화합물(NMOC) 배출량이 50미터톤 이상인 대형 매립지에 대해 방출되는 매립지 가스를 수집 및 연소하도록 요구한다. 이 요구 사항 세트는 미국 매립지의 96%를 제외한다. 이의 직접적인 결과는 매립지가 스모그를 형성하는 비메테인 화합물의 배출을 줄이는 것이지만, 간접적인 결과는 메테인 배출의 감소이기도 하다.

이미 매립지에서 생성되고 있는 메테인을 흡수하려는 시도로, 메테인 산화 세균이 번성할 수 있도록 토양에 영양분을 추가하는 실험이 수행되었다. 이러한 영양분이 보충된 매립지는 소규모 메테인 흡수원 역할을 하여 풍부한 메테인 산화 세균이 공기 중의 메테인을 에너지원으로 흡수하게 함으로써 매립지의 배출량을 효과적으로 줄이는 것으로 나타났다.

 같이 보기 

 이부키 (인공위성)

 내용주 

 각주 

 외부 링크 



분류:메테인
분류:온실 기체 배출