Metan
Metan (CH4) to cząsteczka składająca się z atomu węgla (C) i czterech atomów wodoru (H4)
Według danych z NOAA, emisje tego gazu od początku rewolucji przemysłowej do dziś wzrosły od około 772,2 ppb (parts per bilion – cząsteczki metanu na miliard cząsteczek powietrza atmosferycznego) do 1892,3 ppb, czyli o o około 160 %.
Chociaż 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 reakcjach chemicznych z rodnikami hydroksylowymi OH jest przekształcana w molekułę dwutlenku węgla, który ma bardzo ważne znaczenie w cyklu węglowym.
—–
Rys.1. Globalnie uśredniona atmosferyczna koncentracja CH4 (mierzona w ppb – parts per billion) (A) i jej roczna stopa wzrostu G ATM (ppb rok -1 ), (b) w czterech programach pomiarowych: NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration – Narodowa Służba Oceaniczna i Atmosferyczna), AGAGE (Advanced Global Atmospheric Gases Experiment – Zaawansowany Globalny Eksperyment dotyczący Gazów Atmosferycznych), CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization – Organizacja Badań Naukowych i Przemysłowych Wspólnoty Narodów) oraz UCI (University of California, Irvine – Uniwersytet Kalifornijski w Irvine). Szczegółowe dane podane są w materiale uzupełniającym – Stefanie Kirschke i inni – “Three decades of global methane sources and sinks” -Trzy dekady globalnych źródeł i pochłaniaczy metanu] (opublikowana praca 22 września 2013 r.).
—–
15 lipca 2020 roku na łamach serwisu Copernicus ukazała się bardzo ważna zespołowa praca na temat globalnego budżetu metanu w latach 2000-2017 zatytułowana „The Global Methane Budget 2000–2017” [„Globalny budżet na metan 2000–2017”]. Jej główną autorką jest Marielle Saunois.
Z pracy tej dowiadujemy się, że najprawdopodobniej głównym motorem niedawnego gwałtownego wzrostu globalnych stężeń metanu jest wzrost emisji, głównie z rolnictwa i gospodarki odpadami.
Podział źródeł emisji antropogenicznych metanu jest następujący:
30% z fermentacji jelitowej i gospodarowania obornikiem
22% z wydobycia i wykorzystania ropy i gazu
18% z utylizacji odpadów stałych i płynnych
11% z wydobycia węgla
8% z uprawy ryżu
8% ze spalania biomasy i biopaliw.
Reszta przypada na transport (np. transport drogowy) i przemysł.
Na półkuli północnej, 64% globalnych emisji metanu pochodzi z tropików, 32% z północnych średnich szerokości geograficznych i tylko 4% z północnych wysokich szerokości geograficznych.
—–
Rys.2. Globalny budżet węglowy metanu 2008-2017. Dane naukowe o systemie Ziemi. Źródło danych: Marielle Saunois i in. 2020 ; Rob Jackson i in. 2020 / Global Carbon Project (Globalny Projekt Węglowy)
——-
Wyniki pracy „Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources” [„Rosnące antropogeniczne emisje metanu pochodzą w równym stopniu ze źródeł rolniczych i kopalnych”], zaprezentowanej 15 lipca 2020 roku w czasopiśmie Environmental Research Letters przez Roba Jacksona z wydziału Nauk o Energii i Środowisku w School of Earth w Stanford oraz jego współpracowników, mówią wyraźnie, że w skali globalnej emisje metanu osiągnęły już rekordowe poziomy. Wzrosty te są napędzane głównie przez wzrost emisji z wydobycia węgla, produkcji ropy naftowej i gazu ziemnego, hodowli bydła i owiec oraz składowisk odpadów.
Naukowcy piszą, 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 Rob Jackson podkreśla zasadniczy fakt:
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 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.
I tak, 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.
Emisje metanu największe są 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). Jej cząsteczka jest 300 razy silniejsza niż dwutlenku węgla, w horyzoncie czasowym do 100 lat. Koncentracja jego wynosiła w 1750 roku 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 „Nitrous oxide emissions from agricultural soils” [„Emisje podtlenku azotu z gleb rolniczych”] Gerard Velthof i Rene Rietra z Uniwersytetu w Wageningen podali dane, że rolnictwo odpowiada za około 75% całkowitej emisji N2O. Dominującymi światowymi źródłami emisji N2O są obornik na użytkach zielonych (22%) i nawozy syntetyczne (18%).
Hanquin Tian, dyrektor Międzynarodowego Centrum Badań nad Klimatem i Zmianą Globalną w Szkole Nauk Leśnych i Przyrody Uniwersytetu Auburn wraz ze swoim dużym międzynarodowym zespołem naukowym w zaprezentowanej 7 października 2020 roku w czasopiśmie Nature pracy zatytułowanej „ A comprehensive quantification of global nitrous oxide sources and sinks” [„Kompleksowa kwantyfikacja światowych źródeł i pochłaniaczy podtlenku azotu”], 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.
Brytyjska współautorka, dr Parvadha Suntharalingam z Wydziału Nauk o Środowisku UEA, powiedziała:
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.
———
Rys.3. Graficzne podsumowanie światowego budżetu podtlenku azotu (N2O) w latach 2007-16. Źródło danych: Hanquin Tian i in. (2020 )/ GCP-INI Global Carbon Project (Globalny Projekt Węglowy) / Initiative Nitrogen Initiative (Międzynarodowa Inicjatywa Azotowa).
——-
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 jakie 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.
Literatura: