Metan jako gaz cieplarniany

Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego, ale jego właściwości chemiczne i fizyczne czynią go również silnym gazem cieplarnianym i niepokojącym czynnikiem przyczyniającym się do globalnego zmiana klimatu.

Cząsteczka metanu, CH₄, składa się z centralnego atomu węgla otoczonego czterema atomami wodoru. Metan jest bezbarwnym gazem, który zwykle powstaje na dwa sposoby:

• Biogenny metan jest wytwarzany przez mikroorganizmy rozkładające pewne rodzaje cukrów w warunkach, w których nie ma tlenu. Ten biologicznie produkowany metan może zostać uwolniony do atmosfery natychmiast po wytworzeniu lub może zostać nagromadzony w mokrym osadzie, aby uwolnić go później.
• Termogeniczny metan powstał, gdy materia organiczna została głęboko zakopana pod warstwami geologicznymi i przez miliony lat, a następnie rozbita przez ciśnienie i wysokie temperatury. Ten rodzaj metanu jest głównym składnikiem gazu ziemnego, stanowiąc od 70 do 90% tego gazu. Propan jest powszechnym produktem ubocznym występującym w gazie ziemnym.

Metan biogenny i termogeniczny może mieć różne pochodzenie, ale mają te same właściwości, co czyni je skutecznymi gazami cieplarnianymi.

Metan wraz z dwutlenek węgla i inne cząsteczki, znacząco przyczynia się do efekt cieplarniany. Odbita energia słoneczna w postaci promieniowania podczerwonego o większej długości fali wzbudza cząsteczki metanu zamiast podróżować w kosmos. Ogrzewa to atmosferę do tego stopnia, że ​​metan przyczynia się do około 20% ocieplenia spowodowanego przez gazy cieplarniane, drugie co do wielkości za dwutlenkiem węgla.

Z powodu wiązania chemiczne w cząsteczce metan jest znacznie wydajniejszy w pochłanianiu ciepła niż dwutlenek węgla (aż 86 razy więcej), co czyni go bardzo silnym gazem cieplarnianym. Na szczęście metan może przetrwać w atmosferze tylko około 10–12 lat, zanim ulegnie utlenieniu i przekształci się w wodę i dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla trwa przez wieki.

Według Agencja Ochrony Środowiska (EPA), ilość metanu w atmosferze pomnożył się od rewolucji przemysłowej rośnie z szacowanej liczby 722 części na miliard (ppb) w 1750 r. do 1834 ppb w 2015 r. Jednak wydaje się, że emisje z wielu rozwiniętych części świata ustabilizowały się.

W Stanach Zjednoczonych emisje metanu pochodzą głównie z przemysłu paliw kopalnych. Metan nie jest uwalniany, gdy spalamy paliwa kopalne, podobnie jak dwutlenek węgla, ale raczej podczas wydobywania, przetwarzania i dystrybucji paliw kopalnych. Metan wycieka z odwiertów gazu ziemnego, w zakładach przetwórczych, z wadliwych zaworów rurociągowych, a nawet w sieci dystrybucyjnej, dostarczając gaz ziemny do domów i przedsiębiorstw. Tam metan nadal wycieka z gazomierzy i urządzeń zasilanych gazem, takich jak grzejniki i piece.

Niektóre wypadki zdarzają się podczas przeładunku gazu ziemnego, powodując uwolnienie dużych ilości gazu. W 2015 r. Bardzo duże ilości metanu zostały uwolnione z magazynu w Kalifornii. Wyciek z Porter Ranch trwał miesiącami, emitując do atmosfery prawie 100 000 ton metanu.

Drugim co do wielkości źródłem emisji metanu w Stanach Zjednoczonych jest rolnictwo. W skali globalnej działalność rolnicza zajmuje pierwsze miejsce. Pamiętasz te mikroorganizmy, które produkują biogenny metan w warunkach, w których brakuje tlenu? Pełen jest jelitożernych zwierząt gospodarskich. Krowy, owce, kozy, a nawet wielbłądy mają bakterie metanogenne w żołądku, które pomagają trawić materiał roślinny, co oznacza, że ​​wspólnie przekazują bardzo duże ilości metanu. I nie jest to drobna sprawa, ponieważ szacuje się, że pełne 22% emisji metanu w Stanach Zjednoczonych pochodzi ze zwierząt gospodarskich.

Innym rolniczym źródłem metanu jest produkcja ryżu. Ryżowe pola ryżowe zawierają również mikroorganizmy wytwarzające metan, a rozmoczone pola uwalniają około 1,5% globalnej emisji metanu. W miarę wzrostu populacji ludzkiej, a wraz z nią potrzeby uprawy żywności, a wraz ze wzrostem temperatury wraz ze zmianami klimatu, oczekuje się, że emisje metanu z pól ryżowych będą nadal rosły. Dostosowanie praktyk uprawy ryżu może pomóc złagodzić problem: tymczasowe zużycie wody w połowie sezonu przykład robi dużą różnicę, ale dla wielu rolników lokalna sieć nawadniająca nie jest w stanie pomieścić zmiana.

Materia organiczna rozkładająca się głęboko na składowisku wytwarza metan, który normalnie jest wydalany i uwalniany do atmosfery. Według EPA składowiska odpadów są trzecim co do wielkości źródłem emisji metanu w Stanach Zjednoczonych. Na szczęście rosnąca liczba obiektów przechwytuje gaz i kieruje go do zakładu, który wykorzystuje kocioł do produkcji energii elektrycznej z tym gazem odlotowym.

Gdy regiony arktyczne szybko się rozgrzewają, metan uwalnia się nawet przy braku bezpośredniej działalności człowieka. Tundra arktyczna, wraz z licznymi mokradłami i jeziorami, zawiera duże ilości martwej roślinności podobnej do torfu zamkniętej w lodzie i wiecznej zmarzlinie. Gdy te warstwy torfu ulegają rozmrożeniu, aktywność mikroorganizmów wzrasta i uwalniany jest metan. W kłopotliwej pętli sprzężenia zwrotnego im więcej metanu jest w atmosferze, tym jest cieplej i więcej metanu uwalnia się z rozmrażającej wiecznej zmarzliny.

Aby zwiększyć niepewność, kolejne niepokojące zjawisko może bardzo szybko zakłócić nasz klimat. Pod glebami arktycznymi i głęboko w oceanach występują duże stężenia metanu uwięzione w lodowej siatce z wody. Powstała struktura nazywa się klatratem lub hydratem metanu. Duże złoża klatratu można zdestabilizować zmieniając prądy, podwodne osuwiska, trzęsienia ziemi i temperatury ocieplenia. Nagłe załamanie dużych złóż klatratu metanu, z jakiegokolwiek powodu, uwolniłoby wiele metanu do atmosfery i spowodowało szybkie ocieplenie.

Jako konsument, najskuteczniejszym sposobem na obniżenie emisji metanu jest zmniejszenie zapotrzebowania na energię z paliw kopalnych. Dodatkowe wysiłki obejmują wybór diety o niskiej zawartości czerwonego mięsa, aby zmniejszyć zapotrzebowanie na produkcję metanu bydło i kompostowanie w celu zmniejszenia ilości odpadów organicznych kierowanych na wysypiska śmieci, na których byłyby produkowane metan.