Проблема глобального потепления традиционно связывается в первую очередь с выбросами углекислого газа (CO2). Уже сейчас глобальная средняя температура Земли на 1,1 градус выше, чем в конце XIX века, а через двадцать лет, весьма вероятно, что этот показатель успешно достигнет 1,5 градусов, сорвав таким образом планы человечества зафиксированные в Парижских соглашениях.
Причиной тому не только медлительность и недостаточность предпринимаемых шагов. Дело еще и в том, что атмосфера и экология Земли устроены крайне сложно и на любой процесс внутри этой системы оказывают влияние множество различных взаимосвязанных факторов. C выбросами углекислого газа и механизмами его сокращения сейчас уже все более-менее понятно и на первом плане в этом вопросе стоят политические решения. Поэтому внимание ученых обращается к еще одному распространенному в атмосфере Земли парниковому газу — метану (СH4).
Обсуждение уже идет на самом высоком уровне: метан стал одной из главных тем 26-ой конференции ООН по изменению климата, прошедшей в ноябре в Глазго. Большинство участников конференции подписали соглашение о сокращение выбросов этого газа на 30% к 2030 году — воздержались только, Китай, Индия, Иран и Россия.
Выбросы метана в расчете на душу населения:
Забытая угроза
Как и любой другой парниковый газ, метан задерживает в атмосфере тепло, не давая планете остыть и превратиться в безжизненный космический объект. Но с ростом человеческой деятельности растут и выбросы метана, что нарушает баланс в атмосфере и повышает температуру планеты.
Процесс исследований метана начался еще несколько десятилетий назад (наличие значительного количества метана в атмосфере было открыто только в 1947 году), но именно сейчас собранных данных оказалось достаточно, чтобы сделать первые выводы: с одной стороны, пугающие, а с другой — вселяющие надежду. Дело в том, что метан гораздо активнее диоксида углерода, что делает его более опасным. Но при этом сокращение метана в атмосфере может стать наиболее быстрым способом снизить темп глобального потепления.
- На отрезке в 20 лет, метан в 87 раз активнее углекислого газа. На отрезке в 100 лет — в 25 раз.
Выбросы метана сейчас составляют порядка 20% от всех парниковых газов, что делает его вторым по значимости газом после диоксида углерода (70%). Как отмечают ученые, в отличие от углекислого газа, способного оставаться в атмосфере около 100 лет, срок жизни метана значительно короче, всего порядка 10 лет. Однако СН4 гораздо эффективнее удерживает тепло, чем более распространенный СО2, а значит, вносит больший вклад в потепление на единицу массы. По оценкам ученых, Потенциал глобального потепления (Global warming potential, GWP — коэффициент, определяющий степень влияния на глобальное потепление парниковых газов) каждой тонны попадающего в атмосферу метана на отрезке в 20 лет в 87 раз выше, чем влияние углекислого газа того же объема. На протяжении 100 лет этот показатель значительно снижается, но тем не менее оказывается в 25 раз выше, чем у CO2.
На сегодняшний день, концентрация метана в атмосфере уже превысила доиндустриальный уровень в 2,5 раза. Только в период с 2000 по 2017 год выбросы метана увеличились на 9%, то есть более чем на 50 миллионов тонн в год. Даже пандемия коронавируса и последовавшие строгие карантинные меры по всему миру не смогли сократить выбросы, несмотря на оптимистичные ожидания многих ученых.
Метан в экосистемах
Метан — газ, не имеющий ни вкуса ни запаха — был обнаружен, описан и классифицирован еще в 1776 году знаменитым итальянским физиком Алессандро Вольта (именно его именем названа единица измерения электрического напряжения — вольт). Заинтригованный статьей Бенджамина Франклина о «горючем воздухе», Вольта собрал газ выделяемый со дна болот и выделил из него чистый метан, крайне пригодившийся человечеству в дальнейшем. Сегодня этот газ используется в качестве топлива для обогрева и приготовления еды, а также в автомобильных и ракетных двигателях. Не удивительно, что его масштабное применение повлияло на концентрацию метана в атмосфере. Только 40% выбросов этого газа вырабатывается в результате естественных природных процессов, остальные же имеют антропогенный характер.
При этом до 80% от природных выбросов (25–32% всех выбросов) приходится на болота, особенно тропические. Здесь, в увлажненных почвах, хорошо себя чувствуют метаногенные бактерии, ответственные за естественное производство поступающего в атмосферу метана. Не случайно, что другое название метана — болотный газ. Похожим образом образуется метан в донных отложениях озер (это при том, что их биопродуктивность в 10 раз ниже, чем у болот). Вырабатывают метан и океаны, хотя и меньше, чем пресноводные водоемы. Еще один источник метана — лесные пожары, во время которых газ образуется из-за неполного сгорания биологического материала. Также метан выделяется в атмосферу в ходе процессов в желудочно-кишечном тракте жвачных животных и пищеварение некоторых насекомых, например, термитов.
Наконец, важным но недостаточно изученным источником СH4 является таяние вечной мерзлоты, вызванное потеплением. Мерзлота занимает на нашей планете впечатляющие 35 млн. км2 (более 30% которых приходятся на Россию). Постепенно оттаивающие почвы богаты как самим газом, так и органическими веществами, перерабатываемыми в метан бактериями. По прогнозам ученых, даже если удастся остановить глобальный рост температуры на отметке 2 градуса, все равно к 2100 году четверть приповерхностного слоя мерзлоты растает, а к 2200 году и вовсе исчезнет до 60% площади вечной мерзлоты.
Вечная мерзлота тает. Как измерить ее состояние и адаптироваться к разрушительным последствиям?
(Не только) природный газ
Большая часть метана вырабатывается в ходе хозяйственной деятельности человека. В первую очередь (порядка 30%) это разведение сельскохозяйственных животных — так же как и дикие, домашние жвачные животные производят в процессе пищеварения метан (каждая корова, например, ежедневно отправляет в атмосферу порядка 300 литров газа). Ради обеспечения растущего населения планеты мясом и роста прибылей животноводческих компаний, увеличивается и поголовье крупного рогатого скота, впервые превысившее в этом году 1 миллиард голов. Лидером здесь выступает солнечная Бразилия, с более чем 220 млн. голов при населении в 213 млн. человек: то есть коров в этой стране больше, чем людей. Значительная часть бразильской говядины уходит на экспорт, а для расширения пастбищ ежегодно вырубаются тысячи квадратных километров амазонских тропических лесов.
Еще одним интенсивным источником метана являются рисовые поля, залитые водой. Искусственно увлажненная почва хороша не только для риса, но и для бактерий, активно вырабатывающих метан. Этот процесс схож с тем, что происходит в болотах, только более интенсивен. Корни риса активно вырабатывают вещества, служащие пищей для бактерий, поэтому поля становятся идеальной средой для сытой жизни выделяющих метан микроорганизмов.
Наконец, четверть выбросов метана приходится на добычу, транспортировку и переработку нефти и природного газа, а также, в меньших степени, на добычу угля. Частично он выпускается в атмосферу в качестве сопутствующего газа, но также значительные объемы высвобождаются при поломках и утечках. Буквально этим летом, в июне, крупная утечка произошла в Татарстане, на обслуживаемом «Газпромом» трубопроводе. По данным самой компании, в атмосферу тогда утекло 2,7 млн. куб. метров газа, что эквивалентно использованию 40 000 автомобилей в течение года. Обнаружить эту утечку удалось благодаря передовой системе спутникового наблюдения за выбросами метана.
Нельзя забывать и про все разрастающиеся полигоны, собирающие отходы жизнедеятельности мегаполисов, где органический мусор разлагается под воздействием вырабатывающих метан бактерий. И сжигание мусора тут никак не поможет — при горении снова и снова образуется отправляющийся в атмосферу газ.
Как сократить выбросы метана?
Метан сейчас — ключевой фактор в борьбе за ограничение потепления отметкой в 1,5–2 градуса, но действовать нужно прямо сейчас. По оценкам экспертов ООН, именно значительное сокращение выбросов СH4 на 45% к концу десятилетия помогло бы уменьшить рост температуры на планете на 0,3 градуса к 2045 году, предотвратив 260 000 преждевременных смертей, 775 000 связанных с астмой обращений в больницы и 25 млн. т. потерь урожая.
- Сокращение выбросов СH4 на 45% к концу десятилетия снизит рост температуры на планете на 0,3 градуса к 2045 году
Хорошая новость заключается в том, что технологии, способные привести к сокращению выбросов метана, уже существуют. При этом они, как правило, недороги и способны себя окупить. Вот самые распространенные из них:
1) Корма и пищевые добавки для коров
Для сокращения выбросов метана производимого во время пищеварения коров и других домашних жвачных животных можно, с одной стороны, использовать более качественные корма. Так, если бы все коровы в мире в течение года получали пищевую добавку Mootral Ruminant, сокращение выбросов метана было бы эквивалентно удалению с дорог 330 млн. автомобилей. А добавление в рацион коров морских водорослей, как указывают ученые Калифорнийского университета, способно сократить выбросы на целых 82%. С другой стороны, можно собирать выделяемый газ в специальные хранилища и использовать его потом, например, в качестве топлива, как предлагают делать аргентинские ученые, разместившие баки для метана прямо на спине парнокопытных.
2) Новые виды удобрений и сорта растений
Специальные удобрения и способы выращивания риса без затопления почв, а также внедрение новых сортов, позволит сократить выбросы метана производимого бактериями в почве. Например, еще в 2015 году шведские ученые разработали генно-модифицированный сорт, добавив ген ячменя. Такой рис стал более питательными, а в корнях его, наоборот, запасается меньше питательных веществ необходимых бактериям.
3) Улавливание на шахтах и угольных месторождениях
CH4 находящийся в угольных шахтах, а также сопровождающий нефтяные месторождения и залежи природного газа также можно и нужно не выбрасывать в атмосферу, а собирать и в дальнейшем использовать в качестве топлива для производства электричества. Газотурбинные электростанции, работающие на полученном из шахт метане уже сейчас действуют в Австралии, Германии, Китае и ряде других стран. Кроме того, переработка мусора поможет разгрузить загрязняющие атмосферу свалки. Рецепты эти уже известны и требуют скорейшего внедрения.
***
То, что 105 стран договорились снизить выбросы метана на треть к 2030 году — очень важный шаг. Даже при том, что многие природозащитные организации выступили с критикой решений, назвав их недостаточными. Остается надеяться, что Россия, один из мировых лидеров по выбросам метана, тоже вскоре присоединится к соглашению. Чем быстрее политики России, Китая и Индии придут к пониманию важности ограничения выбросов метана, тем больше у нас шансов выйти из климатического кризиса.
Как работают технологии захвата и хранения углерода: промышленная революция наоборот
