Metan by: Моторное топливо — природный газ

Тетраэдрическая геометрия метана: (A) модель стержня и шарика и (B) диаграмма, показывающая валентные углы и расстояния. (Простые связи обозначают связи в плоскости изображения; клин и пунктир обозначают связи, направленные к зрителю и от него, соответственно.)

Производство и сжигание природного газа и угля являются основными антропогенные (связанные с деятельностью человека) источники метана. Такие виды деятельности, как добыча и переработка природного газа и разрушающая перегонка битуминозного угля при производстве угольного газа и коксового газа, приводят к выбросу значительных количеств метана в атмосферу.Другая деятельность человека, связанная с производством метана, включает сжигание биомассы, животноводство и управление отходами (где бактерии производят метан, разлагая отстой на очистных сооружениях и разлагающиеся вещества на свалках).

Использование метана

Метан — важный источник водорода и некоторых органических химикатов. Метан реагирует с паром при высоких температурах с образованием окиси углерода и водорода; последний используется при производстве аммиака для удобрений и взрывчатых веществ.Другие ценные химические вещества, полученные из метана, включают метанол, хлороформ, четыреххлористый углерод и нитрометан. Неполное сгорание метана дает технический углерод, который широко используется в качестве армирующего агента в резине, используемой для автомобильных шин.

Роль как парниковый газ

Метан, который вырабатывается и выбрасывается в атмосферу, поглощается стоками метана, которые включают почву и процесс окисления метана в тропосфере (нижний уровень атмосферы).Большая часть метана, производимого естественным путем, компенсируется его поглощением в естественных стоках. Однако антропогенное производство метана может вызвать более быстрое увеличение концентраций метана, чем они компенсируются поглотителями. С 2007 года концентрация метана в атмосфере Земли увеличивалась на 6,8–10 частей на миллиард (частей на миллиард) в год. К 2020 году содержание метана в атмосфере достигло 1873,5 частей на миллиард, что примерно в два-три раза выше, чем доиндустриальные уровни, которые колебались на уровне 600-700 частей на миллиард.

Повышенная концентрация метана в атмосфере способствует парниковому эффекту, в результате чего парниковые газы (особенно углекислый газ, метан и водяной пар) поглощают инфракрасное излучение (чистую тепловую энергию) и повторно излучают его обратно на поверхность Земли, потенциально задерживая тепло и производя существенные изменения климата.Повышенное содержание метана в атмосфере также косвенно увеличивает парниковый эффект. Например, при окислении метана гидроксильные радикалы (OH ^—) удаляют метан, реагируя с ним с образованием диоксида углерода и водяного пара, а по мере увеличения концентрации атмосферного метана концентрация гидроксильных радикалов уменьшается, эффективно продлевая время жизни метана в атмосфере. .

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

• глобальное потепление: метан

  Метан (CH ₄ ) — второй по значимости парниковый газ. CH ₄ более эффективен, чем CO ₂ , потому что радиационное воздействие, производимое на одну молекулу, больше.Кроме того, инфракрасное окно менее насыщено в диапазоне длин волн излучения, поглощаемого CH ₄ , поэтому больше…

• парниковый газ: метан

  Метан (CH ₄ ) — второй по значимости парниковый газ.CH ₄ более эффективен, чем CO ₂ , потому что радиационное воздействие, производимое на одну молекулу, больше. Кроме того, инфракрасное окно менее насыщено в диапазоне длин волн излучения, поглощаемого CH ₄ , поэтому больше…

• Климат: Климат и жизнь

  … пар, диоксид углерода, монооксид углерода, метан, озон, диоксид азота, азотная кислота, аммиак и ионы аммония, закись азота, диоксид серы, сероводород, карбонилсульфид, диметилсульфид и сложный набор неметановых углеводородов.Из них…

Остановка огромного выброса метана критична для климата, ООН заявляет

Ожидается, что в знаменательном отчете Организации Объединенных Наций будет объявлено, что сокращение выбросов метана, основного компонента природного газа, должно сыграть гораздо более важную роль в предотвращении от наихудших последствий изменения климата.

Глобальная оценка метана, составленная международной группой ученых, отражает растущее признание того, что мир должен начать сдерживать выбросы, вызывающие потепление планеты, и что сокращение выбросов метана, особенно мощного парникового газа, будет иметь решающее значение для временный.

Это следует за новыми данными, которые показали, что уровни углекислого газа и метана в атмосфере достигли рекордных максимумов в прошлом году, даже несмотря на то, что пандемия коронавируса остановила большую часть мировой экономики. Отчет также представляет собой растущее количество научных данных, показывающих, что выбросы метана при добыче нефти и газа, одного из крупнейших источников метана, связанных с деятельностью человека, могут быть больше, чем ранее предполагалось.

В отчете, подробное резюме которого было рассмотрено The New York Times, выделяется отрасль ископаемого топлива как обладающая наибольшим потенциалом для сокращения выбросов метана с небольшими затратами или бесплатно.В нем также говорится, что — если не будет значительного развертывания непроверенных технологий, способных выводить парниковые газы из воздуха — расширение использования природного газа несовместимо с сохранением глобального потепления на уровне 1,5 градусов Цельсия, что является целью международного Парижского соглашения.

Причина, по которой метан будет особенно ценным в краткосрочной борьбе с изменением климата: хотя метан является чрезвычайно сильным парниковым газом, он также относительно недолговечен, всего около десяти лет в атмосфере, прежде чем разрушиться.Это означает, что сокращение новых выбросов метана сегодня и начало снижения концентрации метана в атмосфере могло бы быстрее помочь миру достичь поставленных на середину века целей по борьбе с глобальным потеплением.

Напротив, углекислый газ, основной парниковый газ, сохраняется в атмосфере в течение сотен лет. Таким образом, хотя по-прежнему крайне важно продолжать сокращать выбросы углерода, которые составляют основную часть выбросов парниковых газов, потребуется вторая половина века, чтобы увидеть последствия для климата.

В целом, согласованные усилия по сокращению выбросов метана из ископаемого топлива, отходов и сельского хозяйства могут сократить выбросы метана на целых 45 процентов к 2030 году, что поможет избежать глобального потепления почти на 0,3 градуса Цельсия уже в 2040-х годах. в отчете говорится.

Хотя сокращение выбросов углекислого газа останется безотлагательным, «будет практически невозможно удалить достаточно углекислого газа, чтобы получить какие-либо реальные выгоды для климата в первой половине века», — сказал Дрю Шинделл, руководитель исследования. автор и профессор наук о Земле в Университете Дьюка.«Но если мы сможем достаточно сильно сократить выбросы метана в следующее десятилетие, мы увидим пользу для здоровья населения в течение этого десятилетия и улучшение климата в течение двух десятилетий», — сказал он.

Отчет ООН, который, как ожидается, будет опубликован в следующем месяце Коалицией по климату и чистому воздуху и Программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде, сигнализирует о сдвиге в глобальном обсуждении изменения климата, в котором основное внимание уделяется сокращению выбросов углекислого газа, крупнейшему за долгое время. -временной драйвер изменения климата.

Большинство климатических политик, включая цели с нулевым нулевым показателем, установленные странами, штатами и городами, а также предприятиями, как правило, были сосредоточены на более долгосрочных целях по сокращению выбросов углекислого газа.Но метан стал приобретать все большее значение в глобальных дискуссиях.

На климатическом саммите в Вашингтоне на этой неделе президент России Владимир Путин, помимо обещания «значительно» сократить выбросы в стране в следующие три десятилетия, призвал к глобальному сокращению выбросов метана. «Судьба всей нашей планеты, перспективы развития каждой страны, благосостояние и качество жизни людей во многом зависят от успеха этих усилий», — сказал г-н Путин.

Ожидается, что на следующей неделе Сенат США отдельно проголосует за отмену президента Дональда Дж.Усилия Трампа по снятию ограничений на выбросы метана, введенных при администрации Обамы.

«Метан привлекает меньше внимания, чем его большой плохой брат, диоксид углерода, но на самом деле метан подобен диоксиду углерода на стероидах», — заявил в четверг сенатор Чак Шумер, лидер большинства.

Если Сенат проголосует за отмену политики, это может стать первым официальным восстановлением одного из многих климатических правил, которые г-н Трамп ослабил во время своего правления.

Для ученых, которые давно занимаются метаном, его растущее значение в климатической политике является долгожданным достижением.

Парниковые газы в атмосфере нагревают планету, действуя как одеяло, улавливая солнечное тепло. Углекислый газ является самой большой движущей силой изменения климата, но метан более мощный в краткосрочной перспективе, нагревая атмосферу более чем в 80 раз сильнее, чем такое же количество углекислого газа за 20-летний период.

Это плохая новость, но это также означает, что сокращение выбросов метана может быть одним из наиболее эффективных способов немедленно замедлить рост глобальной температуры.

«Скорость потепления замедляется почти сразу же», — сказала Илисса Б. Око, старший ученый-климатолог из Фонда защиты окружающей среды, чье собственное недавнее исследование показало, что полное сокращение выбросов метана из наиболее загрязняющих отраслей может замедлить темпы глобального потепления на 30 процентов. «Это действительно мощно».

И хотя сокращение выбросов углекислого газа потребует радикальных изменений практически во всех сферах экономики — например, замена бензиновых автомобилей в мире на электрические и закрытие почти всех угольных электростанций — сокращение выбросов метана в мире. след может быть легче поднять.

В отличие от углекислого газа или большинства других загрязнителей воздуха, метан не выделяется при сжигании ископаемого топлива, а образуется в результате утечек и других выбросов из нефтегазовой инфраструктуры, среди других источников. Растущее количество исследований показало, что эти выбросы нефти и газа больше, чем считалось ранее, и являются вероятной движущей силой глобального увеличения содержания метана в атмосфере.

«Это означает, что нам нужно уделять еще больше внимания нефтегазовому сектору», — сказал Роберт Ховарт, профессор экологии и экологической биологии Корнельского университета.Он утверждал, что прошлые оценки переоценивали сельскохозяйственные источники метана, такие как разведение крупного рогатого скота, и недооценивали выбросы от ископаемого топлива, особенно нефти и газа. «Нам нужна независимая проверка и мониторинг этих выбросов», — сказал он.

Теоретически устранение этих утечек должно окупаться за счет экономии денег, потому что улавливание газа означает, что компании собирают больше продукции. Этот потенциал делает устранение утечек из нефтегазовой инфраструктуры наиболее эффективным и дешевым способом снизить выбросы.Об этом говорится в отчете Н.

Крупнейшие нефтегазовые компании мира в 2018 году обязались сократить к 2025 году долю метана, выбрасываемого в результате их деятельности, на одну пятую, до менее четверти процента от объема продаваемого ими газа — цель, которую компании заявили, что они достигли в прошлом году — с амбициями достичь 0,2%.

Бьорн Отто Свердруп, председатель исполнительного комитета Oil and Gas Climate Initiative, которая представляет 12 крупнейших мировых производителей нефти и газа, сказал, что группа «разделяет решимость сократить выбросы метана.

Он добавил: «Мы добились прогресса в достижении целей, поставленных всего несколько лет назад, благодаря новым измерениям и технологиям, и мы продолжим обновлять наши амбиции по мере нашего прогресса».

Сведение к минимуму выбросов метана со свалок также играет роль, как и снижение выбросов метана от домашнего скота. Но технологии сокращения выбросов в этих областях менее надежны. В частности, ожидается, что выбросы от животноводства составят растущую долю будущих выбросов метана, если не произойдет технологических прорывов или если ведущие мировые потребители мяса не изменят свой рацион.

В целом, более половины мировых выбросов метана связано с деятельностью человека в трех секторах: ископаемое топливо, свалки и другие отходы, а также животноводство и другое сельское хозяйство. Метан также просачивается из водно-болотных угодий и других природных источников.

В отчете ООН также подчеркивается, как сокращение выбросов метана может принести значительную пользу общественному здравоохранению. Метан вносит важный вклад в образование озона у поверхности земли. Известно, что озон увеличивает риск госпитализации и преждевременной смерти.Это также снижает урожайность сельскохозяйственных культур и рост лесов.

Сокращение выбросов метана может предотвратить более 250 000 преждевременных смертей и более 750 000 посещений больниц по поводу астмы каждый год, начиная с 2030 года, говорится в отчете. Более низкие выбросы также предотвратят более 70 миллиардов часов потери рабочей силы из-за сильной жары и более 25 миллионов тонн потерь урожая в год.

Обратной стороной является то, что без каких-либо действий выбросы метана могут помочь поставить мир на грань катастрофического изменения климата.Прогнозируется, что выбросы метана, если их не остановить, продолжат расти как минимум до 2040 года, прогнозируется в отчете ООН.

«Мы все еще движемся в неправильном направлении, но мы можем очень, очень быстро изменить ситуацию», — сказал д-р Шинделл. «Мы все могли бы использовать историю успеха в области изменения климата».

Метан и мерзлый грунт | Национальный центр данных по снегу и льду

Рис. 1. Кевин Шефер — ученый NSIDC, изучающий углеродный цикл.
— Кредит: NSIDC

Кевин Шефер, специалист по вечной мерзлоте из NSIDC.Он изучает углеродный цикл или процессы, посредством которых углерод Земли перемещается: из воздуха в растения, из растений в землю, а затем обратно в воздух (рис. 2). Доктор Шефер изучает углерод, который замерзает глубоко в арктической вечной мерзлоте. По мере того, как Земля нагревается, ученые опасаются, что часть углерода из вечной мерзлоты может уйти в атмосферу в виде углекислого газа или метана. Увеличение количества этих газов в атмосфере может еще больше подогреть климат Земли. См. Раздел «Климат и замерзшая земля» для получения дополнительной информации о парниковых газах и потеплении климата.

Здесь д-р Шефер дает ответы на вопросы о метане и мерзлом грунте.

Что такое метан?

Метан — это газ, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Это тот же природный газ, которым некоторые люди отапливают свои дома, и он естественным образом присутствует в атмосфере. Ученые опасаются, что если количество метана в атмосфере увеличится, это может вызвать даже большее потепление, чем углекислый газ в результате сжигания ископаемого топлива. Хотя в атмосфере гораздо меньше метана, чем углекислого газа, он улавливает тепло примерно в двадцать раз эффективнее, чем углекислый газ.

Каковы источники метана в Арктике?

В Арктике есть два потенциальных источника метана. Первый источник метана называется метилклатрат. Метилклатраты — это молекулы метана, замороженные в кристаллы льда. Они могут образовываться глубоко под землей или под водой, но для их образования требуются особые условия с высоким давлением и низкой температурой. Если температура или давление изменятся, лед, который удерживает метан, разобьется, и метан выйдет наружу.Мы не уверены, сколько метана удерживается в метилклатратах или сколько из них находится под угрозой утечки.

Другой важный источник метана в Арктике — это органическое вещество, замороженное в вечной мерзлоте. Это источник метана, который я изучаю. Органическое вещество вечной мерзлоты содержит много углерода. Он состоит из мертвых растений и животных, которые тысячи лет были заморожены в вечной мерзлоте. Пока это органическое вещество остается замороженным, оно остается в вечной мерзлоте. Однако, если он тает, он распадется, выпуская в атмосферу углекислый газ или метан.Вот почему углерод вечной мерзлоты важен для изучения климата.

Рис. 2. Углерод движется через атмосферу Земли, океаны и сушу в процессе, называемом углеродным циклом.
— Авторы и права: NSIDC, модифицировано из NASA Earth Science Enterprise

Как вообще этот углерод попал в вечную мерзлоту?

Углерод был погребен в вечной мерзлоте в результате процессов, которые длились тысячи лет. Во время последнего ледникового периода огромные ледяные щиты покрывали большую часть континентов.По мере того, как они расширяются, а затем сжимаются, тяжелые ледяные поля измельчали ​​скалу под ними в очень мелкую пыль, называемую лессом или ледяной мукой. Ледяные щиты произвели огромное количество этой порошкообразной породы, а ветер и дождь осаждали ее на почву.

По мере того, как ледяные щиты добавляли в почву лесс, почва становилась толще. По мере нарастания почвы активный слой сверху оставался той же толщины. Активный слой каждый год замерзает и оттаивает, и в нем могут расти растения. Но под активным слоем корни и другие органические вещества были заморожены в вечной мерзлоте, где они не могли разложиться.

Большая часть органического вещества состоит из частично разложившихся корней, целых корней и другого растительного материала. Однако есть также животные и животные материалы, замороженные в земле — иногда люди находят целых мастодонтов или других животных замороженными в вечной мерзлоте (рис. 3). В России обнаружены значительные залежи богатой углеродом вечной мерзлоты, или едома .

Сколько углерода хранится в мерзлом грунте?

В вечной мерзлоте хранится огромное количество углерода.Сейчас атмосфера Земли содержит около 850 гигатонн углерода. (Гигатонна — это один миллиард тонн — примерно вес ста тысяч школьных автобусов). По нашим оценкам, в вечной мерзлоте заморожено около 1400 гигатонн углерода. Таким образом, замороженного углерода в вечной мерзлоте больше, чем количество углерода, которое уже находится в атмосфере сегодня. Это не означает, что весь углерод распадется и попадет в атмосферу. Уловка состоит в том, чтобы выяснить, сколько замороженного углерода будет распадаться, как быстро и где.

Рис. 3. Этот степной бизон лежал в вечной мерзлоте в течение 36 000 лет, прежде чем был обнаружен в 1979 году. Бизон, известный как «Малыш», выставлен в Университете Аляски, в Музее Севера Фэрбенкса.
— Авторы и права: Фото Билла Шмокера (PolarTREC 2010), любезно предоставлено ARCUS

Что будет с замерзшим углеродом, если вечная мерзлота оттает?

При таянии вечной мерзлоты замерзшее органическое вещество внутри тоже оттаивает и начинает разлагаться. Это все равно, что вынуть пакет замороженной брокколи из морозильной камеры и положить в холодильник.Как только он тает, он в конечном итоге распадется и сломается.

По мере разложения органического вещества оно съедается и переваривается микробами. Бактерии, которые его поедают, производят углекислый газ или метан в качестве отходов. Если есть кислород, микробы производят углекислый газ. Но если нет кислорода, они производят метан. Большинство мест, где мог бы образовываться метан, — это болота и водно-болотные угодья. А в Арктике много миль водно-болотных угодий. Когда гуляешь по арктической тундре, это все равно, что плыть сквозь гигантскую губку.

Когда углерод вечной мерзлоты превращается в метан, он пузырится через почву и воду. По дороге часть его съедают другие микроорганизмы. Но немного метана поднимается на поверхность и улетает в воздух.

Как дополнительный метан из вечной мерзлоты повлияет на глобальное потепление?

Действуют несколько противоположных процессов, поэтому на этот вопрос сложно ответить. Более высокие температуры означают, что вечная мерзлота может таять и выделять метан в атмосферу. Но потепление также означает, что вегетационный период в арктических широтах продлится дольше.Когда вегетационный период длиннее, у растений появляется больше времени, чтобы всасывать углерод из атмосферы. Поскольку углерод в воздухе — это то, что растения используют для роста, при определенных условиях он также может действовать как своего рода удобрение. Тогда растения будут расти быстрее и потреблять еще больше углерода. Сейчас Арктика поглощает больше углерода, чем выделяет. Это означает, что растения поглощают углерод в течение вегетационного периода, но не выделяют его в результате разложения. Итак, мы говорим, что Арктика действует как поглотитель углерода.

Но если Земля продолжит нагреваться и большая часть вечной мерзлоты растает, Арктика может стать общим источником углерода в атмосфере, а не стоком.Это то, что ученые называют «переломным моментом». Мы говорим, что что-то достигло переломного момента, когда оно переключается из относительно стабильного состояния в непрерывный цикл. В этом случае Арктика превратится из поглотителя углерода в источник углерода. Если арктическая вечная мерзлота выделяет больше углерода, чем поглощает, это запустит цикл, в котором избыток углерода в атмосфере приведет к усилению потепления. Повышенное потепление означает большее таяние вечной мерзлоты и выброс метана.

Какие вопросы ученые в настоящее время изучают о вечной мерзлоте и метане?

Большие вопросы: сколько углерода в настоящее время заморожено в вечной мерзлоте? Сколько тает в будущем и когда выйдет в атмосферу? Мы также хотим знать, сколько углерода может быть выделено в виде метана, а какое — в виде диоксида углерода.Это связано с тем, какая часть земли занята водно-болотными угодьями, поскольку пруды, озера и болота являются основными местами производства метана.

Если бы правительства всего мира знали, сколько метана может выделяться из вечной мерзлоты, это могло бы помочь им решить, что с этим делать. Например, они будут знать, насколько нам нужно сократить выбросы ископаемого топлива в результате деятельности человека. Им также необходимо знать, сколько углерода сама по себе выделяет Земля.

Хорошая новость в том, что мы еще не достигли переломного момента.Люди в некоторых районах сообщают, что часть углерода вечной мерзлоты уже начала распадаться. Но измерения содержания углекислого газа в воздухе показывают, что Арктика по-прежнему является стоком углерода. Итак, мы изучаем вечную мерзлоту, чтобы лучше понять, как она действует. Мы также пытаемся измерить количество углерода и его местонахождение. Затем ученые смогут использовать эту информацию в компьютерных программах, которые помогут нам лучше планировать будущее.

Метан

Метан в атмосфере Земли является важным парниковым газом, на который на сегодняшний день приходится около 20 процентов глобального потепления, вызванного деятельностью человека — больше, чем любой другой газ, кроме CO2.Потенциал глобального потепления составляет 34 за 100-летний период и 86 за 20-летний период, что означает, что выбросы метана будут иметь в 34 раза большее влияние на температуру, чем CO2. выброс такой же массы в течение следующих 100 лет и в 86 раз больше, чем воздействие за 20-летний период. Метан оказывает большое влияние в течение короткого периода времени — около 12 лет жизни в атмосфере — тогда как CO2. оказывает меньшее влияние на гораздо более длительный период, более 100 лет. По оценкам, 60 процентов выбросов метана на Земле связано с деятельностью человека, основными причинами которой являются свалки, животноводство, разработка ископаемых видов топлива и выращивание риса.

Метан также естественным образом выделяется при разложении органических веществ на заболоченных территориях. Менее значимые природные источники включают термиты, океаны и выбросы из метановых отложений, похороненных глубоко под землей. В настоящее время количество метана, выделяемого этими отложениями, невелико по сравнению с другими источниками, но изменения в стабильности планеты, величина которых ожидается в результате продолжающегося быстрого глобального потепления, могут вызвать массовые выбросы хранящегося метана. В частности, арктический метан может оказаться стержнем безудержного глобального потепления.Тысячи лет назад в результате разложения арктических растений были образованы миллиарды тонн метана, который сейчас застыл в вечной мерзлоте и застрял на дне океана. По мере потепления Арктики этот метан, вероятно, будет высвобождаться, что значительно ускорит потепление.

Анализ пузырьков воздуха в ледяных покровах показывает, что метана в атмосфере Земли сейчас больше, чем когда-либо за последние 400 000 лет. Средние глобальные концентрации метана в атмосфере увеличились с примерно 700 частей на миллиард по объему в 1750 году — во время промышленной революции — до примерно 1800 частей на миллиард в 1998 году.Уровни газа в атмосфере оставались стабильными с 1998 года, а затем внезапно резко выросли в 2007 году, когда исследования Национального управления океанических и атмосферных исследований показали, что они увеличились на 27 миллионов тонн. Исследователи подтвердили этот вывод в октябре 2008 года; они считают, что необычно теплые условия над Сибирью повлияли на уровень метана в Северном полушарии, увеличив количество метана, производимого бактериями в сибирских водно-болотных угодьях.

Ученые не уверены, сигнализирует ли всплеск метана о начале долгосрочного массового выброса или является разовым всплеском, но говорят, что, учитывая способность метана согревать климат, даже небольшое увеличение выбросов вызывает беспокойство.

Вскрытие метанового резервуара потенциально может нагреть Землю на десятки градусов; насильственное открытие этого «метанового льда» (также известного как клатратов ), по мнению некоторых ученых, могло вызвать катастрофическое изменение климата и реорганизацию океана и атмосферы около 635 миллионов лет назад.

Сокращение метана на свалках для борьбы с изменением климата: NPR

Свалки производят много метана, газа, удерживающего тепло, который способствует глобальному потеплению.В связи с тем, что ученые призывают к сокращению выбросов метана, возникают проблемы с ограничением этих выбросов со свалок, начиная даже с их количественной оценки. На снимке — свалка отходов в Ливерморе, Калифорния. Майкл Макор / Хроники Сан-Франциско через Getty Images скрыть подпись

Одинарный триггер.Пустой пакет для бутербродов Chick-fil-A. Матрас. Кроссовки темно-синие на белой подошве. Маленький оранжевый надувной шарик.

Мусор разбросан среди сугробов высотой до бедра, используется для захоронения грязных, изношенных от непогоды предметов на полигоне Ориндж Каунти во Флориде и предотвращения вторжения насекомых, крыс и свиней. Бульдозеры разглаживают грязь, а тракторы с прицепами доставляют еще больше мусора. Вверху кружат грифы и чайки. Рядом приземляется белоголовый орлан.

«Все, что вы увидите в реальном мире, вы увидите здесь», — сказал Дэвид Грегори, менеджер отдела твердых отходов Департамента коммунальных услуг округа Ориндж.«Потому что, когда люди выбрасывают вещи, это происходит именно здесь».

По данным Агентства по охране окружающей среды, свалки, подобные этой на окраине Орландо, являются одними из крупнейших в стране источников метана, парникового газа, гораздо более мощного, чем углекислый газ, и одного из основных источников глобального потепления. В основополагающем отчете ООН, опубликованном в мае, говорится, что немедленное сокращение выбросов метана — это лучший и самый быстрый шанс для нашей планеты замедлить изменение климата. Свалки выделяют метан при разложении органических отходов, таких как пищевые отходы, древесина и бумага.

Но проблемы с обузданием метана огромны, начиная даже с количественной оценки того, сколько отходов остается на свалках. Промышленные операторы настаивают на том, что EPA переоценивает выбросы. Тем не менее, независимое исследование выбросов со свалок в Калифорнии и ведущий эксперт по метану Агентства по охране окружающей среды показали, что агентство значительно недооценивает метан со свалок.

EPA «занижает выбросы метана со свалок в два раза», — сказала Сьюзан Торнело, старший инженер-химик Агентства по охране окружающей среды, которая работала над методами оценки метана в агентстве с 1980-х годов.

Частично проблема может заключаться в том, что методы EPA для оценки выбросов метана со свалок устарели и ошибочны, сказал Торнело.

Райан Махер, поверенный из «Проекта экологической целостности», наблюдательной группы, сказал, что выбросы метана на свалках — это «проблема, которой не уделяют должного внимания».

Согласно данным, предоставленным объектами Агентству по охране окружающей среды, три из 10 мусорных свалок с наибольшим выбросом метана в стране находятся в центральной Флориде, в том числе изображенная здесь свалка округа Ориндж. Эми Грин / WMFE скрыть подпись

«Мы основываем наши оценки выбросов на моделях, а не на прямых измерениях», — сказал Махер, который недавно провел исследование, которое показало, что выбросы метана на свалках Мэриленда в четыре раза выше, чем предполагалось в этом штате.«У нас есть возможность напрямую измерить эти выбросы. А мы просто этого не делали».

Ставки высоки для получения точной картины выбросов метана. Сокращение выбросов метана может почти немедленно остановить изменение климата, потому что он остается в атмосфере в течение короткого времени, в отличие от углекислого газа, который задерживается на столетие или более. Свалки являются одним из трех основных источников загрязнения метаном человека, наряду с животноводством и нефтегазовой промышленностью. Соединенные Штаты являются третьим по величине источником метана в мире.

Администрация Байдена начала применять правило 2016 года в отношении метана на свалках, но оно сократит лишь небольшой процент выбросов. Тем не менее, согласно оценке ООН, резкое сокращение глобальных выбросов метана в этом десятилетии позволит избежать дополнительного потепления почти на 0,3 градуса Цельсия к 2040-м годам. Это может иметь большое значение для предотвращения повышения средней глобальной температуры выше 1,5 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальными временами и предотвращения наихудших последствий изменения климата, что является целью Парижского соглашения по климату.

«Сокращая выбросы метана, мы можем быстро уменьшить эффект атмосферного потепления», — сказал Джефф Чантон, климатолог из Университета штата Флорида, изучающий метан. «И нацеливание на свалки — отличное место для начала, потому что, настроив систему сбора газа и заставив ее работать на оптимальном уровне, вы получите много. Вы собираете больше метана и не выбрасываете его в атмосферу».

Три из 10 крупнейших свалок с выбросом метана находятся в центральной Флориде

На вершине 140-футовой свалки мусора в округе Ориндж видна почти вся метро Орландо: высотные здания в центре города, диспетчерская вышка и взлетно-посадочные полосы международного аэропорта Орландо и вырисовывающиеся цилиндрические градирни Stanton Energy Center.Он приводит в действие около 260 000 домов и предприятий в округах Ориндж и Оцеола, до 15 000 из них заправлены метаном с этой свалки.

Грегори ценит то, что происходит у него под ногами, гниение и разложение органических отходов, таких как кухонные отходы, бумага или испорченные консервы, а также биологические процессы, превращающие мусор в метан. Внутри мусора похоронена обширная перекрестная сеть из более чем 500 скважин, улавливающих метан из разлагающегося мусора.Скважины также предотвращают утечку огромного количества метана.

«У вас есть что-то, что подошло к концу», — сказал он о мусоре. «И одна из вещей, которые мы делаем здесь, на свалке, — это собираем этот газ и используем его для производства энергии».

EPA отслеживает более 2600 полигонов твердых бытовых отходов. Около 500 собирают метан для производства энергии. По оценкам агентства, еще около 500 человек могли бы с минимальными затратами превратить метан в энергетический ресурс.

Подобные проекты могут сыграть ключевую роль в борьбе с наихудшими последствиями изменения климата.

Дэвид Грегори говорит, что его отдел вышел за рамки правил и ограничил выбросы метана на полигоне Orange County Landfill. Он говорит, что считает, что его отдел не использует оптимальное уравнение, чтобы передать шаги, которые он предпринимает для уменьшения вредных для климата выбросов. Эми Грин / WMFE скрыть подпись

Несмотря на усилия операторов свалок на национальном уровне, большие объемы этого невидимого газа без запаха все еще утекают с этих площадок каждый год.Например, для всех выбросов, улавливаемых полигоном Ориндж-Каунти, в 2019 году с объекта в воздух было выброшено 32000 метрических тонн метана, что сделало его третьим по величине источником выбросов метана с полигона в стране, согласно данным Самую свежую публичную информацию компания сообщила EPA. Это представляет собой большой, необъяснимый рост по сравнению с предыдущими годами — по данным EPA, округ Ориндж не входил в десятку крупнейших эмитентов за десять лет до 2019 года.

Район округа Ориндж не единственный в центральной Флориде. По данным EPA, три свалки, входящие в десятку крупнейших в стране источников выбросов метана, находятся недалеко от Орландо. Их коллективные выбросы вредят климату в ближайшем будущем, как и все 1,8 миллиона автомобилей и пикапов, зарегистрированных в трех округах, где расположены свалки.

Для округа Ориндж такой высокий рейтинг стал неожиданностью — неоправданной, как заявили официальные лица. Лидеры местных сообществ гордятся своими инициативами в области устойчивого развития.Они считают, что система получения энергии из метана на полигоне является ключом к сокращению выбросов парниковых газов.

Грегори из округа Ориндж сказал, что он пересматривает то, что округ сообщил EPA.

«Это не похоже на то, что у нас есть измерение» выбросов метана, — сказал он. «Все основано на моделях. И именно здесь мы должны убедиться, что ничего не упускаем из виду».

Представитель крупнейшей в стране свалки с выбросами метана, объекта около Цинциннати, которым управляет Rumpke Waste & Recycling, также заявила, что рейтинг EPA вводит в заблуждение.

В электронном письме пресс-секретарь Аманда Пратт отклонила значения выбросов, о которых сообщила ее компания, как основанные на «теоретической скорости образования метана, которая рассчитывается с использованием данных, предоставленных объектом, и уравнений, выведенных Агентством по охране окружающей среды США».

Устаревшие модели выбросов метана создают «беспорядок»

Цифры EPA действительно могут быть ошибочными.

В отчете Национальной академии наук за 2018 год оценкам Агентства по охране окружающей среды для выбросов метана со свалок была «низкая степень достоверности» из-за неопределенностей и недостаточных измерений.В отчете сделан вывод, что метод агентства по оценке выбросов метана со свалок «устарел» и «никогда не проверялся на местах».

Кроме того, EPA допускает три различных способа, которыми отдельные операторы полигонов могут рассчитывать количество производимого ими метана, и два разных способа расчета количества этого метана, выбрасываемого в атмосферу. В зависимости от того, какие методы выбирает оператор, расчетное количество выбросов метана может значительно варьироваться.

Торнело из EPA помогла разработать текущий метод оценки, и она сказала, что он «был разработан более 30 лет назад с использованием эмпирических данных для примерно 40 свалок.«

Ссылаясь на новое исследование, проведенное в Калифорнии, она пришла к выводу, что агентство недооценивает выбросы.

Операторы полигонов согласны с тем, что модели EPA ошибочны, но настаивают на том, что эти недостатки приводят к переоценке выбросов с их участков. В заявлении для NPR Дэвид Бидерман, главный исполнительный директор отраслевой группы Ассоциации твердых отходов Северной Америки, сказал: «Модель основана на многих предположениях и не обновлялась для отражения изменений в секторе отходов, таких как снижение содержания органических веществ в потоке отходов, которое может привести к завышение выбросов от свалок.

Жан Богнер, почетный профессор Университета Иллинойса в Чикаго и соавтор отчета Национальной академии наук, называет методы EPA «беспорядком». Богнер, отчасти, винит в недостатках методы, впервые разработанные Межправительственная группа экспертов по изменению климата, орган ООН.

«Методы должны развиваться вместе с наукой, — сказал Богнер. — Это становится все более и более важным, поскольку мы переходим к более интенсивным стратегиям смягчения последствий изменения климата, чтобы более точно понять, сколько метана поступает. из конкретных свалок.Раньше вы могли как бы махать руками и сказать: «Это может быть приблизительное число», но сейчас нам нужны более точные цифры, чтобы руководствоваться стратегиями смягчения воздействий на конкретных объектах ». пресс-секретарь EPA сообщил в электронном письме.

В более широком смысле, представители EPA заявили, что они постоянно обновляют оценки. оценки агентства по выбросам метана, добавил пресс-секретарь.

Торнело сказал, что более совершенные измерительные технологии помогут сотрудникам Агентства по охране окружающей среды делать более точные оценки.

«Если мы собираемся выбрать конкретные источники для сокращения выбросов, нам нужно знать, что это за выбросы», — сказал Торнело. «Я пытаюсь разработать более эффективные методы тестирования, нежели те, на которые мы полагались в прошлом».

Представитель отрасли Бидерман сказал, что «любые предлагаемые изменения в правилах должны быть технически осуществимыми и коммерчески доступными.«

Метан, улавливаемый на полигоне Landfill округа Ориндж, перерабатывается на этом предприятии Комиссии по коммунальным предприятиям Орландо перед отправкой в ​​Stanton Energy Center. Эми Грин / WMFE скрыть подпись

Эффективность систем улавливания свалочного газа имеет значение

Улавливание метана на свалке является сложной задачей.По словам Шантона, климатолога из Университета штата Флорида, с водопроводом на свалке многое может пойти не так. «Это очень уязвимо для сбоев», — сказал он. «Это требует много внимания».

Свалки — это не фабрика, которая отправляет почти все выбросы через отдельные дымовые трубы. Свалки могут занимать сотни акров и протекать с разной скоростью с открытых площадок или участков, которые были временно закрыты или окончательно закрыты и закрыты.

У операторов есть до пяти лет, чтобы начать улавливание метана из новых участков полигона, называемых ячейками.Но загрязнение метаном начинается гораздо раньше, сказал Мортон Барлаз, профессор и глава факультета гражданской, строительной и экологической инженерии Университета штата Северная Каролина.

Способность собирать метан на свалках часто зависит от газовых скважин и от того, насколько эффективно работает система сбора. Операторы полигонов должны каждую ночь покрывать места для захоронения отходов тонким слоем почвы или альтернативой, такой как мульча или даже пластик. Некоторые из этих материалов более пористые, чем другие, что приводит к большему выбросу метана, сказал Барлаз.

Погода тоже может сыграть роль. Дождь может способствовать производству большего количества метана и систем сбора паводковых газов, что делает их менее эффективными.

«В ситуации, когда сбор газа затруднен, свалка будет выделять больше метана, чем может предполагать Агентство по охране окружающей среды», — сказал Шантон. Но хорошо управляемая система может собирать больше метана в своих колодцах, а также использовать переваривающие метан микробы в почвенном покрове свалки, чтобы помочь нейтрализовать парниковый газ до того, как он сможет уйти, добавил он.

Дистанционное зондирование метана с высотного самолета в апреле выявило шлейфы газа на полигоне River Birch Landfill за пределами Нового Орлеана, исходящие из активной части объекта (слева), куда каждый день добавляются новые отходы, и из вентиляционного отверстия (справа). Исследователи подсчитали, что скорость выброса метана составляет около 2000 килограммов в час, что составляет 48 метрических тонн в день. Райли Дурен / Университет Аризоны, Государственный университет Аризоны, Лаборатория реактивного движения НАСА и составление карты углерода скрыть подпись

Полеты над свалками выявляют климатические угрозы, исходящие от «сверхизлучателей»

Одна из надежд на получение более полного контроля над выбросами метана связана с НАСА и мониторингом свалок с самолетов или из космоса.

Райли Дурен — бывший инженер Лаборатории реактивного движения космического агентства в Калифорнии, а сейчас работает научным сотрудником в Университете Аризоны. Он также является главным исполнительным директором Carbon Mapper, нового некоммерческого консорциума. В апреле компания Carbon Mapper объявила, что запускает «созвездие» спутников для измерения метана с партнерами, в числе которых НАСА, штат Калифорния и различные университеты и организации.

Это продолжение калифорнийского исследования, одобренного Торнело, которое в период с 2016 по 2018 год включало облет сотен калифорнийских источников метана, таких как нефтегазовые операторы, предприятия по переработке навоза и свалки.Опубликованное в 2019 году в журнале Nature исследование выявило то, что Дурен, ведущий автор, назвал небольшим, но значительным количеством «сверхизлучателей» метана. 40% из них — свалки.

«Некоторые из этих свалок выделяли огромное количество метана», что намного больше, чем сообщалось на свалках, — сказал Дюрен. «Я говорю о тоннах метана в час».

Многие операторы свалок серьезно относятся к контролю за метаном, сказал Дурен. Но массовые утечки происходят, когда системы улавливания газа отключены или рабочие устанавливают новые системы.«А в других случаях это результат неправильной практики управления с точки зрения того, как полигон управляет ежедневным укрытием», — сказал он.

Спутники могут помочь операторам полигонов быстро найти проблемы, чтобы они могли их исправить, сказал Дурен. Эта работа необходима, если Соединенные Штаты собираются выполнить обязательство администрации Байдена сократить выбросы парниковых газов в США на 50% к 2030 году.

Сосредоточение внимания на сверхэмиттерах могло бы стать эффективным шагом. Дюрен сказал: «Это меньшая часть инфраструктуры… что, если мы сможем достичь цели, в ближайшие несколько лет может произойти резкое сокращение ».

На полигоне Ориндж-Каунти похоронено около 500 скважин, в которых метан улавливается до того, как он выбрасывается в атмосферу. Вдали виден Энергетический центр Стэнтона. Эми Грин / WMFE скрыть подпись

EPA делает скромный шаг по сокращению выбросов со свалок

В мае EPA ввело в действие правило эпохи Обамы 2016 года, которое расширит существующие требования к системам сбора метана на 93 дополнительных полигона.Это снижает порог выбросов, когда на свалках необходимо устанавливать системы сбора газа. Принятие этого правила сократит выбросы метана со свалок примерно на 7% в национальном масштабе.

Регулирующий орган также сообщил о 40 штатах, где имеется около 1600 свалок, в которых отсутствуют утвержденные EPA планы по улавливанию свалочного газа, которые им необходимо получить, иначе агентство будет применять свои собственные.

Бидерман из Ассоциации твердых отходов Северной Америки сказал, что этот шаг EPA «должен привести к дальнейшему сокращению выбросов, продолжая тенденцию, в которую промышленность инвестировала в течение десятилетий.»

По мнению многих ученых и защитников, действия EPA далеко отстают от того, что необходимо для климата — и того, что возможно с существующими технологиями. Планы агентства не окажут большого влияния на свалки, которые уже были необходимы для улавливания метана в соответствии со старым правилом. Агентству по охране окружающей среды следовало бы еще больше снизить порог, требующий от систем улавливания, чтобы меньшие свалки сокращали выброс метана, сказал Махер из Проекта экологической целостности.

В Мэриленде, например, официальные лица штата вводят нормативные акты по выбросам метана на свалках.Но если правила EPA будут приняты в Мэриленде, они будут «применяться только к четырем из 40 газовых свалок в штате», — сказал Махер.

Недавняя оценка метана ООН идет еще дальше. Он призывает положить конец практике отправки органических отходов, таких как пищевые отходы, на свалки. Вместо этого такие отходы следует направлять на предприятия по производству компоста или в специально разработанные варочные котлы, которые лучше сокращают или улавливают выбросы метана.

В конечном итоге мусор, такой как кухонные отходы и дворовые отходы, будет гнить и разлагаться, образуя свалочный газ, состоящий в значительной степени из метана, парникового газа, более сильного, чем углекислый газ. Эми Грин / WMFE скрыть подпись

Операторы свалок отвечают на их высокие рейтинги EPA

Со своей стороны, некоторые операторы свалок изо всех сил пытаются показать, почему рейтинги EPA неправильные, и объяснить, что они делают для сокращения своих выбросов.

На полигоне Румпке недалеко от Цинциннати представитель компании Молли Йегер объяснила, что EPA занимает первое место в рейтинге, указав на вторую альтернативную модель выбросов, которую компания также использовала с некоторыми прямыми измерениями, которые дали более низкие оценки выбросов. Она сказала, что по умолчанию EPA выбрало большее число. Представитель EPA согласилась, что система отчетности по умолчанию использует большее из двух уравнений, но добавила, что операторы полигонов могут выбирать результаты другого уравнения, если они считают, что оно лучше отражает условия на полигоне.

Центральная Флорида — один из самых быстрорастущих регионов страны. По словам Томаса Маллигана, помощника директора Департамента по утилизации твердых отходов округа Бревард, в округе Бревард, на восточном побережье штата, угнаться за быстрорастущим населением и объемами мусора представляет собой сложную задачу по контролю за выбросами метана.

«Я прекрасно знаю, что мы уже какое-то время находимся в первой десятке», — сказал Маллиган, курирующий полигон Бревард в 45 милях к востоку от Орландо.«Это действительно тяжело».

Как и другие представители отрасли, он сказал, что считает, что методы отчетности EPA переоценивают выбросы. Но он также сказал, что округ Бревард может сделать больше для сокращения выбросов со свалок. Например, округ мог бы ускорить установку системы сбора газа на расширяющейся свалке, сказал он.

«Это вопрос денег на улучшение капитала, и это вопрос времени», — сказал он.

Свалка JED, расположенная примерно в 54 милях к югу от Орландо за пределами буколической свалки Св.Cloud является частью национальной группы свалок, принадлежащей Техасской компании Waste Connections. Представители JED отклонили запросы на интервью, но вице-президент по инженерным вопросам и устойчивому развитию Курт Шэнер сообщил в электронном письме, что компания ужесточает систему защиты полигона и расширяет сбор газа.

В округе Ориндж Грегори сказал, что он пересчитывает выбросы мусорной свалки и планирует подать обновленный отчет в EPA, используя альтернативные варианты, предоставляемые агентством.