Metaani kasvihuonekaasuna

Metaani on tärkeä maakaasun ainesosa, mutta sen kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet tekevät siitä myös voimakkaan kasvihuonekaasun ja huolestuttavan vaikuttajan maailmanlaajuiseen ilmastonmuutos.

Metaanimolekyyli, CH₄, on valmistettu keskeisestä hiiliatomista, jota ympäröivät neljä vetyä. Metaani on väritön kaasu, joka yleensä muodostuu kahdella tavalla:

• Biogeenistä metaania tuottavat mikro-organismit, jotka hajottavat tietyn tyyppisiä sokereita olosuhteissa, joissa happea ei ole. Tämä biologisesti tuotettu metaani voi vapautua ilmakehään heti tuotettaessa tai se voidaan kerätä märään sedimenttiin vasta myöhemmin vapautuvaksi.
• Termogeeninen metaani muodostui, kun orgaanista ainetta haudattiin syvälle geologisten kerrosten alle ja miljoonien vuosien ajan, ja sitten se hajotettiin paineen ja korkeiden lämpötilojen vaikutuksesta. Tämäntyyppinen metaani on maakaasun ensisijainen aineosa, joka muodostaa siitä 70-90%. Propaani on yleinen maakaasussa esiintyvä sivutuote.

Biogeenisellä ja termogeenisellä metaanilla voi olla eri alkuperä, mutta niillä on samat ominaisuudet, mikä tekee niistä molemmista tehokkaita kasvihuonekaasuja.

Metaani, yhdessä hiilidioksidi ja muut molekyylit, myötävaikuttavat merkittävästi kasvihuoneilmiö. Auringon heijastama energia pidemmän aallonpituuden infrapunasäteilyn muodossa kiihdyttää metaanimolekyylejä sen sijaan, että matkustaisi avaruuteen. Tämä lämmittää ilmakehän, niin paljon, että metaanin osuus on noin 20% kasvihuonekaasujen aiheuttamasta lämpenemisestä, toiseksi tärkeämpi hiilidioksidin takana.

Vuoksi kemialliset sidokset metaani absorboi lämpömolekyylissä paljon tehokkaammin lämpöä kuin hiilidioksidi (jopa 86 kertaa enemmän), mikä tekee siitä erittäin voimakkaan kasvihuonekaasun. Onneksi metaani voi kestää ilmakehässä vain noin 10–12 vuotta, ennen kuin se hapettuu ja muuttuu vedeksi ja hiilidioksidiksi. Hiilidioksidi kestää vuosisatojen ajan.

Mukaan Ympäristönsuojeluvirasto (EPA), metaanin määrä ilmakehässä on moninkertaistunut teollisen vallankumouksen jälkeen, ja se kasvoi arviolta 722 miljardia osaa kohti (ppb) vuonna 1750 ja 1834 ppb vuonna 2015. Päästöt monista kehittyneistä maailman osista ovat kuitenkin nyt näyttäneet tasaantuvan.

Yhdysvalloissa metaanipäästöt tulevat pääasiassa fossiilisten polttoaineiden teollisuudesta. Metaania ei vapaudu poltettaessa fossiilisia polttoaineita, kuten hiilidioksidi tekee, vaan fossiilisten polttoaineiden uuton, prosessoinnin ja jakelun aikana. Metaania vuotaa maakaasun kaivoksista, jalostuslaitoksista, viallisista putkistoventtiileistä ja jopa jakeluverkosta, joka tuo maakaasua kodeihin ja yrityksiin. Paikallaan metaani vuotaa edelleen kaasumittarista ja kaasukäyttöisistä laitteista, kuten lämmittimistä ja uuneista.

Maakaasun käsittelyssä tapahtuu joitain onnettomuuksia, joiden seurauksena on vapautunut suuria määriä kaasua. Vuonna 2015 Kalifornian varastosta vapautettiin erittäin suuria määriä metaania. Porter Ranch -vuoto kesti kuukausia, ja se pääsi ilmakehään melkein 100 000 tonnia metaania.

Toiseksi suurin metaanipäästöjen lähde Yhdysvalloissa on maatalous. Maatalouden toiminta on maailmanlaajuisesti arvioituna ensisijainen. Muistatko ne mikro-organismit, jotka tuottavat biogeenistä metaania olosuhteissa, joissa happea puuttuu? Kasvinsyöjäeläinten suolet ovat niitä täynnä. Lehmillä, lampailla, vuohilla ja jopa kameleilla on metanogeenisiä bakteereja vatsassa auttaakseen sulamaan kasvimateriaalia, mikä tarkoittaa, että ne kulkevat yhdessä erittäin suuria määriä metaanikaasua. Eikä se ole vähäinen asia, koska Yhdysvaltojen metaanipäästöjen arvioidaan olevan 22 prosenttia kokonaan karjasta.

Toinen maatalouden metaanilähde on riisin tuotanto. Riisipellot sisältävät myös metaania tuottavia mikro-organismeja, ja märät kentät vapauttavat noin 1,5% maailman metaanipäästöistä. Ihmisväestön kasvaessa ja kasvaessaan tarpeen kasvattaa ruokaa ja lämpötilojen noustessa ilmastonmuutoksen myötä riisipeltojen metaanipäästöjen odotetaan kasvavan edelleen. Riisinviljelykäytäntöjen mukauttaminen voi auttaa lievittämään ongelmaa: veden vetäminen väliaikaisesti kauden puolivälissä Esimerkiksi, on suuri ero, mutta monille viljelijöille paikallinen kasteluverkko ei pysty sopeutumaan muuttaa.

Kaatopaikan syvällä hajoava orgaaninen aine tuottaa metaania, joka normaalisti poistuu ja vapautuu ilmakehään. On riittävän tärkeä ongelma, että kaatopaikat ovat EPA: n mukaan Yhdysvaltain kolmanneksi suurin metaanipäästöjen lähde. Onneksi yhä useammat laitokset vangitsevat kaasun ja kuljettavat sen laitokselle, joka käyttää kattilaa tuottamaan sähköä kyseisen jätekaasun kanssa.

Kun arktiset alueet lämpenevät nopeasti, metaania vapautuu jopa ilman suoraa ihmisen toimintaa. Arktinen tundra, lukuisten kosteikkojen ja järvien ohella, sisältää suuria määriä turpeen kaltaisia ​​kuolleita kasvillisuuksia, jotka ovat lukittuina jäähän ja ikiroutaan. Kun nämä turvekerrokset sulavat, mikro-organismien aktiivisuus lisääntyy ja metaania vapautuu. Vaikeassa takaisinkytkentäsilmukassa, mitä enemmän metaania on ilmakehässä, sitä lämpimämpää se tulee ja enemmän metaania vapautuu sulavasta ikiroutaa.

Epävarmuuden lisäämiseksi toisella huolestuttavalla ilmiöllä on mahdollisuus häiritä ilmastoa edelleen nopeasti. Arktisen maaperän alla ja syvällä valtameressä on suuria metaanipitoisuuksia, jotka ovat juuttuneet jäämäiseen veteen tehtyyn verkkoon. Tuloksena olevaa rakennetta kutsutaan klatraatiksi tai metaanihydraatiksi. Suuret klatraattisaostumat voidaan destabiloida muuttamalla virtauksia, vedenalaisia ​​maanvyörymiä, maanjäristyksiä ja lämpenemislämpötiloja. Suurten metaanikklatraattiesiintymien äkillinen romahtaminen mistä tahansa syystä vapauttaisi ilmakehään paljon metaania ja aiheuttaisi nopean lämpenemisen.

Kuluttajana tehokkain tapa vähentää metaanipäästöjä on vähentää fossiilisten polttoaineiden energiantarpeitamme. Lisäponnisteluihin kuuluu vähä punaisen lihan ruokavalion valitseminen metaanintuotannon kysynnän vähentämiseksi karjaa ja kompostointia orgaanisen jätteen määrän vähentämiseksi kaatopaikoille, joissa se tuottaa metaani.