Metan
Metan (CH4) to cząsteczka składająca się z atomu węgla (C) i czterech atomów wodoru (H4).
Według danych z Narodowej Administracji Oceaniczno-Atmosferycznej (NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration), atmosferyczna koncentracja tego gazu, od początku rewolucji przemysłowej do dziś, wzrosła od około 772,2 ppb (parts per bilion – cząsteczki metanu na miliard cząsteczek powietrza atmosferycznego) do 1892,3 ppb, czyli o około 160%.
Według unijnej Europejskiej Komisji (EU – European Commision), chociaż globalny potencjał cieplarniany (GWP – Global Warming Potential) cząsteczki metanu jest 28 razy silniejszy w stuletnim horyzoncie czasowym niż cząsteczki dwutlenku węgla, to trzeba pamiętać, że żywot takiej molekuły CH4 w atmosferze wynosi średnio najwyżej 12 lat. Potem w wielu reakcjach chemicznych, głównie z rodnikami hydroksylowymi OH, jest ona przekształcana w molekułę dwutlenku węgla, która z kolei ma bardzo ważne znaczenie w cyklu węglowym.
—
Rys.1. Wzór strukturalny i model cząsteczki metanu (Wikipedia)
—-
Dzięki pracy zespołowej Marielle Saunois, z Laboratorium Nauk o Klimacie i Środowisku w Instytucie Pierre’a Simona Laplace’a w Paryżu, dowiadujemy się, że najprawdopodobniej głównym motorem niedawnego gwałtownego wzrostu globalnych stężeń metanu jest wzrost emisji głównie z rolnictwa i gospodarki odpadami 1.
Podział źródeł emisji antropogenicznych metanu jest następujący:
a) 30% z fermentacji jelitowej i gospodarowania obornikiem
b) 22% z wydobycia i wykorzystania ropy i gazu
c) 18% z utylizacji odpadów stałych i płynnych
d) 11% z wydobycia węgla
e) 8% z uprawy ryżu
f) 8% ze spalania biomasy i biopaliw.
g) 3% z transportu (np. transportu drogowego) i przemysłu
—
Rys.2. Stężenie metanu w obserwatorium NOAA Mauna Loa do lipca 2021 r.: Rekordowy poziom 1912 ppb został osiągnięty w grudniu 2020 r. (Wikipedia)
—
Na półkuli północnej 64% globalnych emisji metanu pochodzi z tropików, 32% ze średnich szerokości geograficznych i tylko 4% z wysokich szerokości geograficznych 2.
—
Wyniki pracy zespołowej przedstawione przez Roba Jacksona, z wydziału Nauk o Energii i Środowisku na Uniwersytecie Ziemi w Stanford, mówią wyraźnie, że w skali globalnej emisje metanu osiągnęły już rekordowe poziomy. Wzrosty te pochodzą głównie z wydobycia węgla, produkcji ropy naftowej i gazu ziemnego, hodowli bydła i owiec oraz składowisk odpadów 3.
Naukowcy napisali, że roczne emisje metanu wzrosły aż o 9 procent, czyli o 50 milionów ton rocznie od początku XXI wieku. I jeśli weźmie się pod uwagę potencjał ocieplenia, to dodanie do atmosfery tak dużej ilości metanu od 2000 roku jest równoznaczne z wprowadzeniem 350 milionów samochodów na drogi świata lub z podwojeniem całkowitej emisji w Niemczech czy Francji.
Ponadto, w serwisie Science Daily Rob Jackson podkreślił zasadniczy fakt 4:
Emisje metanu pochodzące od bydła i innych przeżuwaczy są prawie tak duże, jak te z przemysłu paliw kopalnych.
Do końca XX wieku aż 2/3 emisji metanu pochodziły z sektora rolniczego, w szczególności z fermentacji jelitowej przeżuwaczy, i tylko 1/3 tych emisji wchodziły w zakres spalania paliw kopalnych, głównie z energetyki i transportu. Jednak przez obecnie minione dwie dekady te drugie emisje w dużym zakresie zwiększyły się.
W serwisie Science Daily czytamy, że w 2017 roku emisje metanu z rolnictwa wzrosły do 227 milionów ton, czyli o 11% więcej niż wynosi średnia 2000-2006. Natomiast emisje CH4 ze spalania paliw kopalnych wzrosły do 108 milionów ton, czyli o 15% więcej niż wynosi ta sama średnia.
Największe emisje metanu występują w Afryce, na Bliskim Wschodzie, w Chinach, Azji Południowej, w Australii. Nieco mniejsze w Stanach Zjednoczonych. Najmniejsze są w Europie.
Duży udział emisji metanu pochodzi z szybów naftowych i gazowych oraz z nieszczelnych rurociągów. W szczególności ten problem występuje w Ameryce Północnej.
Podtlenek azotu
Kolejnym gazem cieplarnianym, który może wzbudzać niepokój, jest podtlenek azotu (N2O). Molekuła ta składa się z dwóch atomów azotu (N2) i jednego atomu tlenu (O).
Według amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA – Environmental Protection Agency), w horyzoncie czasowym do 100 lat, cząsteczka N2O ma 273 razy silniejszy potencjał cieplarniany (GWP) niż dwutlenku węgla. Z kolei na podstawie Światowej Organizacji Meteorologicznej (WMO – World Meteorological Organization), w 1750 roku jej koncentracja wynosiła 270 ppb, a w 2018 roku zmierzono 331 ppb. Największy przyrost emisji tego gazu odnotowano w ciągu ostatnich minionych pięciu dekad.
Na podstawie danych z raportu z grudnia 2018 roku, Gerard Velthof i Rene Rietra, z Uniwersytetu w Wageningen, podali dane, że rolnictwo odpowiada za około 75% całkowitej emisji N2O. Dominującymi światowymi źródłami emisji tego gazu są obornik na użytkach zielonych (22%) i nawozy syntetyczne (18%) 5.
—
Rys.3. Wzór strukturalny i model cząsteczki podtlenku azotu (Wikipedia)
—-
Hanquin Tian, dyrektor Międzynarodowego Centrum Badań nad Klimatem i Zmianą Globalną w Szkole Nauk Leśnych i Przyrody na Uniwersytecie Auburn, wraz ze swoim dużym międzynarodowym zespołem naukowym, zauważył, że mocno nasiliły się emisje podtlenku azotu z nawozów sztucznych w Chinach, Indiach i USA oraz z naturalnych, jak obornik zwierzęcy, głównie w Afryce i Ameryce Południowej. Jednak emisje tego gazu znacząco zmniejszyły się w Europie 6.
—
Rys.4. Koncentracja podtlenku azotu (NOAA)
—
Brytyjska współautorka badania, dr Parvadha Suntharalingam, z Wydziału Nauk o Środowisku z Uniwersytetu Wschodniej Anglii (UEA – University of East England), w serwisie Science Daily powiedziała następująco 7:
Badanie to przedstawia najbardziej kompleksowy i szczegółowy obraz emisji N2O i ich wpływu na klimat. Ta nowa analiza identyfikuje czynniki napędzające stale rosnący poziom N2O w atmosferze i podkreśla pilną potrzebę opracowania skutecznych strategii łagodzenia, jeśli mamy ograniczyć globalne ocieplenie i osiągnąć cele klimatyczne.
Z kolei, współautor badania dr Joseph Canadell, z Organizacji Badań Naukowych i Przemysłowych Wspólnoty Narodów (CSIRO) w Australii, będący też dyrektorem wykonawczym Global Carbon Project, powiedział następująco:
Ta nowa analiza wymaga ponownego przemyślenia na pełną skalę sposobów, w jakich używamy i nadużywamy nawozów azotowych na całym świecie, i wzywa nas do przyjęcia bardziej zrównoważonych praktyk w sposobie produkcji żywności, w tym ograniczenia marnotrawienia żywności. Te odkrycia podkreślają pilność i możliwości ograniczenia emisji podtlenku azotu na całym świecie, aby uniknąć najgorszego wpływu na klimat.
—
Referencje:
- Saunois M. et al., 2020 ; The Global Methane Budget 2000–2017 ; Earth System Science Data ; https://essd.copernicus.org/articles/12/1561/2020/
- Euro-Mediterranean Center on Climate Change ; Methane: Emissions increase and it’s not good news ; Phys.Org ; https://phys.org/news/2020-08-methane-emissions-good-news.html
- Jackson R. B. et al., 2020 ; Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab9ed2
- Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences, 2020 ; Global methane emissions soar to record high ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200714182228.htm
- Velthof G. et al. 2018 ; Nitrous oxide emissions from agricultural soils ; Wageningen Environmental Research Report 2921 ; https://edepot.wur.nl/466362
- Tian H. et al., 2020 ; A comprehensive quantification of global nitrous oxide sources and sinks ; Nature ; https://www.nature.com/articles/s41586-020-2780-0
- University of Anglia, 2020 ; Nitrous oxide emissions pose an increasing climate threat, study finds ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201007123131.htm