Metāns kā siltumnīcefekta gāze

Metāns ir galvenā dabasgāzes sastāvdaļa, taču tā ķīmiskās un fizikālās īpašības padara to arī par spēcīgu siltumnīcefekta gāzi un satraucošu globālās klimata izmaiņas.

Metāna molekula, CH₄, ir izgatavots no centrālā oglekļa atoma, ko ieskauj četri ūdeņraži. Metāns ir bezkrāsaina gāze, kas parasti rodas vienā no diviem veidiem:

• Biogēno metānu ražo mikroorganismi, sadalot noteikta veida cukurus apstākļos, kad nav skābekļa. Šis bioloģiski iegūtais metāns var nonākt atmosfērā tūlīt pēc tā iegūšanas, vai arī to var uzkrāt mitros nogulumos, lai atbrīvotos tikai vēlāk.
• Termoregēns metāns izveidojās, kad organiskās vielas tika dziļi apraktas zem ģeoloģiskiem slāņiem un miljonu gadu laikā, un pēc tam tās sadalīja spiediens un augsta temperatūra. Šis metāna veids ir galvenā dabasgāzes sastāvdaļa, veidojot to no 70 līdz 90%. Propāns ir izplatīts dabas gāzē atrodams blakusprodukts.

Biogēnam un termogēnam metānam var būt atšķirīga izcelsme, taču tiem ir vienādas īpašības, padarot tos abus par efektīvām siltumnīcefekta gāzēm.

Metāns kopā ar oglekļa dioksīds un citas molekulas, ievērojami veicina siltumnīcas efekts. Saules atstarotā enerģija garāka viļņa garuma infrasarkanā starojuma veidā uzbudina metāna molekulas, nevis iziet kosmosā. Tas sasilda atmosfēru, pietiekami, ka metāns siltumnīcefekta gāzu ietekmē rada aptuveni 20% no sasilšanas, kas ir otrais svarīgums aiz oglekļa dioksīda.

Dēļ ķīmiskās saites savā molekulā metāns daudz efektīvāk absorbē siltumu nekā oglekļa dioksīds (pat 86 reizes vairāk), padarot to par ļoti spēcīgu siltumnīcefekta gāzi. Par laimi, metāns atmosfērā var ilgt tikai apmēram 10 līdz 12 gadus, pirms tas oksidējas un pārvēršas ūdenī un oglekļa dioksīdā. Oglekļa dioksīds ilgst gadsimtiem ilgi.

Saskaņā ar Vides aizsardzības aģentūra (EPA), metāna daudzums atmosfērā ir vairojies kopš rūpniecības revolūcijas, pieaugot no aptuveni 722 miljardiem daļu (ppb) 1750. gadā līdz 1834 ppb 2015. gadā. Tomēr šķiet, ka emisijas no daudzām attīstītām pasaules valstīm ir izlīdzinājušās.

Amerikas Savienotajās Valstīs metāna emisijas galvenokārt rodas fosilā kurināmā rūpniecībā. Metāns netiek atbrīvots, sadedzinot fosilo kurināmo, kā to dara oglekļa dioksīds, bet gan fosilā kurināmā ieguves, apstrādes un izplatīšanas laikā. Metāns izplūst no dabasgāzes urbumu galiem, pārstrādes uzņēmumos, no kļūdainiem cauruļvadu vārstiem un pat sadales tīklā, nogādājot dabasgāzi mājās un uzņēmumos. Tur nonākot, metāns turpina izplūst no gāzes skaitītājiem un ar gāzi darbināmām ierīcēm, piemēram, sildītājiem un krāsnīm.

Pārvietojoties ar dabasgāzi, notiek daži negadījumi, kuru rezultātā izdalās liels daudzums gāzes. 2015. gadā no krātuves Kalifornijā tika izlaisti ļoti lieli metāna daudzumi. Portera Rančas noplūde ilga mēnešus, atmosfērā izdalot gandrīz 100 000 tonnu metāna.

Otrs lielākais metāna izmešu avots Amerikas Savienotajās Valstīs ir lauksaimniecība. Kopumā vērtējot, lauksaimnieciskās darbības faktiski ieņem pirmo vietu. Atcerieties tos mikroorganismus, kas ražo biogēnu metānu apstākļos, kad trūkst skābekļa? Zālēdāju lopu zarnas ir pilnas ar tām. Govīm, aitām, kazām un pat kamieļiem kuņģī ir metanogēnas baktērijas, kas palīdz sagremot augu materiālu, kas nozīmē, ka tie kopā izvada ļoti lielu daudzumu metāna gāzes. Un tas nav mazsvarīgs jautājums, jo tiek lēsts, ka 22% metāna emisiju Amerikas Savienotajās Valstīs rodas no mājlopiem.

Vēl viens lauksaimniecībā izmantojams metāna avots ir rīsu ražošana. Rīsu aploksnēs ir arī metānu ražojoši mikroorganismi, un mitrie lauki izdala apmēram 1,5% no visām metāna emisijām. Pieaugot cilvēku skaitam un līdz ar to arī nepieciešamībai audzēt pārtiku, kā arī paaugstinoties temperatūrai līdz ar klimata izmaiņām, sagaidāms, ka metāna emisijas no rīsu laukiem turpinās palielināties. Rīsu audzēšanas prakses pielāgošana var palīdzēt mazināt problēmu: uz laiku pārtraukt ūdens daudzumu sezonas vidū Piemēram, ir liela atšķirība, taču daudziem lauksaimniekiem vietējais apūdeņošanas tīkls nevar pielāgoties mainīt.

Organiskās vielas, kas sadalās dziļi atkritumu poligonā, rada metānu, kas parasti tiek izvadīts un izvadīts atmosfērā. Tā ir pietiekami svarīga problēma, ka saskaņā ar EPA poligoni ir trešais lielākais metāna emisiju avots Amerikas Savienotajās Valstīs. Par laimi, arvien vairāk iekārtu uztver gāzi un nogādā to uzņēmumā, kas izmanto katlu, lai ar šo izplūdes gāzi ražotu elektrību.

Arktisko reģionu iesildīšanās laikā metāns izdalās pat tad, ja nav tiešas cilvēku darbības. Arktikas tundrā kopā ar daudzajiem mitrājiem un ezeriem ir liels daudzums kūdrai līdzīgu mirušu veģetācijas, kas aizslēgta ledus un mūžīgā sasaluma apstākļos. Atkūstot šiem kūdras slāņiem, palielinās mikroorganismu aktivitāte un izdalās metāns. Apgrūtinošā atgriezeniskās saites cilpā, jo vairāk metāna ir atmosfērā, jo siltāks tas kļūst, un vairāk metāna izdalās no atkausēšanas mūžīgajām sals.

Lai palielinātu neskaidrību, vēl vienai satraucošai parādībai ir iespēja ļoti strauji izjaukt mūsu klimatu. Zem Arktikas augsnēm un dziļi okeānos lielas metāna koncentrācijas ir ieslodzītas ledus veida tīklā, kas izgatavots no ūdens. Iegūto struktūru sauc par klatrātu vai metāna hidrātu. Lielas klatrāta nogulsnes var destabilizēt, mainoties straumēm, zemūdens nogruvumiem, zemestrīcēm un sasilšanas temperatūrai. Pēkšņa lielu metāna klatrāta nogulšņu sabrukšana jebkura iemesla dēļ atmosfērā izdalīs daudz metāna un izraisīs strauju sasilšanu.

Kā patērētājam visefektīvākais veids, kā samazināt metāna emisijas, ir samazināt fosilā kurināmā enerģijas vajadzības. Papildu centieni ietver diētas ar zemu sarkanās gaļas izvēli, lai samazinātu pieprasījumu pēc metāna ražošanas liellopi un kompostēšana, lai samazinātu organisko atkritumu daudzumu, kas tiek nosūtīts uz poligoniem, kur tie rodas metāns.