Какой парниковый газ больше всего способствует глобальному потеплению

Библиотека » Публикации

Вклад нескольких газов в глобальное изменение климата

Тип публикации

Свидание

Авторы)

• Джон М. Рейли
• Генри Д. Джейкоби
• Рональд Дж. Принн

В стремлении понять и решить проблему глобального изменения климата большая часть анализа была сосредоточена на быстрорастущих выбросах двуокиси углерода (CO2) и вариантах их сокращения.Действительно, углекислый газ, побочный продукт сжигания ископаемого топлива, является основным парниковым газом, способствующим глобальному потеплению. Однако другие парниковые газы, включая метан, закись азота и ряд промышленных технологических газов, также являются важными факторами изменения климата. Как с экологической, так и с экономической точек зрения эффективные климатические стратегии должны касаться как двуокиси углерода, так и других парниковых газов.

Иные, чем CO2, газы составляют 17 процентов от общего объема выбросов парниковых газов в Соединенных Штатах и ​​гораздо больший процент в развивающихся странах, таких как Индия и Бразилия. Кроме того, множество местных и региональных выбросов загрязнителей воздуха взаимодействуют со сложным химическим составом атмосферы, вызывая дополнительные эффекты потепления или охлаждения. Понимание того, как взаимодействуют эти газы, и как разработать политику, направленную на устранение целого ряда воздействий на окружающую среду, жизненно важно для решения как местных, так и глобальных экологических проблем.

В этом отчете авторы Джон Рейли, Генри Джейкоби и Рональд Принн из Массачусетского технологического института раскрыть некоторые сложности, связанные с анализом воздействия этих многочисленных газов и возможностей их уменьшения. Выбросы происходят из самых разных секторов и практик. Точный расчет выбросов и сокращений выбросов проще для одних источников, чем для других. В политических целях различные парниковые газы сравниваются на основе «потенциалов глобального потепления», которые основаны на времени жизни каждого газа в атмосфере и его способности улавливать тепло. Однако они еще не точно отражают воздействие на климат всех веществ, способствующих изменению климата, и поэтому их следует использовать с определенной осторожностью.Хотя ученые в течение некоторого времени признавали различные роли газов, отличных от CO2, и других веществ, которые способствуют изменению климата, только недавно различные части головоломки были собраны вместе, чтобы дать более полную картину той важной роли, которую эти газы могут играть. в экономически эффективной стратегии борьбы с изменением климата.

Используя модель общего равновесия Массачусетского технологического института, авторы демонстрируют, что включение всех парниковых газов в стратегию умеренного сокращения выбросов не только увеличивает общий объем сокращений выбросов, но и снижает общую стоимость смягчения последствий: беспроигрышная стратегия. На самом деле, из-за высокой активности газов, отличных от CO2, и отсутствия в настоящее время экономических стимулов этот анализ делает вывод, что контроль над этими газами особенно важен и экономически эффективен в ближайшем будущем. Последствия для политики очевидны: любая попытка обуздать потепление должна включать в себя усилия по сокращению парниковых газов, как СО2, так и иных, чем СО2.

Центр и авторы благодарны Джеймсу Хансену, Киту Паустиану, Эву Эрлиху, Франсиско Делашенайе и Дине Крюгер за их полезные комментарии к предыдущим черновикам этого отчета. Авторы также признают поддержку через M.I.T. Совместная программа по науке и политике в области глобального изменения климата и помощь в исследованиях, оказанная Маркусом Сарофимом.

Управляющее резюме

Большинство дискуссий по проблеме изменения климата были почти полностью сосредоточены на человеческом вкладе в увеличение концентрации углекислого газа (CO2) в атмосфере и на стратегиях по ограничению его выбросов в результате использования ископаемого топлива. Среди различных долгоживущих парниковых газов (ПГ), выбрасываемых в атмосферу в результате деятельности человека, CO2 до сих пор вносит наибольший вклад в изменение климата, и, во всяком случае, ожидается, что его относительная роль в будущем возрастет.Таким образом, акцент на CO2 оправдан, но почти исключительное внимание к этому единственному фактору глобального потепления привело к непреднамеренным последствиям отвлечения внимания от других ПГ, для которых существуют одни из наиболее рентабельных вариантов борьбы с ними. Парниковые газы, отличные от CO2, выбрасываемые непосредственно в результате деятельности человека, включают метан (CH4) и закись азота (N2O), а также группу промышленных газов, включая перфторуглероды (ПФУ), гидрофторуглероды (ГФУ) и гексафторид серы (SF6). В совокупности с уже запрещенными хлорфторуглеродами (ХФУ) их значение для климата за последнее столетие примерно эквивалентно значению CO2. Глядя на вероятные выбросы в течение следующих пятидесяти лет, можно также сказать, что реальное сокращение выбросов метана и других газов, отличных от CO2, может внести вклад в замедление глобального потепления, которое будет таким же или даже большим, чем аналогичное сокращение выбросов CO2. выбросы. Таким образом, чтобы эффективно ограничить изменение климата и сделать это экономически эффективным образом, необходимо, чтобы политика в области климата касалась как CO2, так и иных, чем CO2, газов.

Есть несколько причин, по которым внимание было так сильно сосредоточено на CO2, даже несмотря на то, что полный список парниковых газов был направлен на контроль в соответствии с международными соглашениями по климату. Выбросы CO2 из ископаемых источников можно легко оценить на основе рыночных данных об использовании топлива, в то время как измерения других газов сопряжены с трудностями. Кроме того, при анализе вариантов сокращения выбросов ископаемых видов топлива учитываются десятилетия исследований энергетических рынков, энергоэффективности и альтернативных технологий энергоснабжения — работы, которая была вызвана опасениями по поводу надежности поставок и цен на ископаемые виды топлива. Аналитический потенциал, развитый для изучения энергетических рынков, был затем легко применен к проблеме климата. Теперь, когда возможности измерения и оценки выбросов парниковых газов, отличных от CO2, улучшились, становится ясно, что их контроль также является важной частью экономически эффективной политики в области климата.

Помимо основных парниковых газов, отличных от CO2, указанных выше, существуют другие выбросы в результате деятельности человека, которые не включены в существующие соглашения о климатической политике, но тем не менее замедляют или усиливают парниковый эффект. Тропосферный озон (O3) является естественным парниковым компонентом атмосферы. Выбросы монооксида углерода (CO), оксидов азота (NOX), аэрозолей, неметановых летучих органических соединений (НМЛОС) и аммиака (NH3) влияют на химический состав тропосферного озона и метана. Считается, что черный углерод или сажа, хотя и недостаточно изучены, также способствуют потеплению. Другие выбросы человека имеют противоположный парниковый эффект. Диоксид серы (SO2) и оксиды азота (NOx), главным образом в результате сжигания ископаемого топлива, в результате химических процессов в атмосфере превращаются в охлаждающие аэрозоли. Эти различные газы и аэрозоли связаны друг с другом их общим образованием в промышленности и сельском хозяйстве, а также их взаимодействием в химическом составе городских территорий, нижних слоев атмосферы и стратосферы. Таким образом, политика, направленная на сокращение выбросов CO2, также может повлиять на выбросы SO2, NOx и CO, а также на другие парниковые газы, отличные от CO2.

Разработка экономичного подхода к контролю над этими многочисленными веществами требует определенного способа учета независимого воздействия каждого из них на климат. В настоящее время для этого используется набор индексов или весов, известных как потенциалы глобального потепления (ПГП). Они были разработаны для основных ПГ, но не для SO2 и других местных и региональных загрязнителей воздуха. По проекту ПГП для CO2 равен 1,0, и значения для других ПГ выражаются относительно него. Эти индексы пытаются отразить основные различия между газами с точки зрения их мгновенной способности улавливать тепло и их разное время жизни в атмосфере.По этому показателю, например, тонна за тонной метана более чем в 20 раз сильнее, чем CO2, в то время как N2O примерно в 300 раз сильнее, а промышленные газы в тысячи раз сильнее, если принять во внимание атмосферное воздействие этих газов. в течение следующих 100 лет.

Относительная ценность контроля иных, чем CO2, газов, выраженная этими ПГП, является одной из основных причин того, что включение иных, чем CO2, газов в политику по борьбе с изменением климата может быть настолько эффективным в снижении затрат на реализацию, особенно в первые годы. Учитывая высокое значение углеродного эквивалента газов, отличных от CO2, даже небольшая цена на эти газы в углеродном эквиваленте создала бы огромный стимул для сокращения выбросов. Другая причина заключается в том, что исторически экономические инструменты (например, цены, налоги и сборы) не использовались для предотвращения или сокращения выбросов газов, отличных от CO2, в то время как ценовые сигналы через стоимость энергии существуют для ограничения выбросов CO2 от ископаемого топлива.

Если, например, общее сокращение выбросов ПГ, необходимое для достижения цели, составляет порядка 10 или 15 процентов, как это было бы в случае, если бы общие выбросы ПГ в Соединенных Штатах удерживались на уровне 2000 года до 2010 года, почти все экономически эффективное сокращение будет происходить за счет парниковых газов, отличных от CO2. По сравнению с конкретным сокращением, достигаемым только за счет сокращения выбросов CO2, включение доступных вариантов сокращения выбросов, не связанных с выбросами CO2, может снизить стоимость такой политики в углеродном эквиваленте на две трети. Этот большой вклад газов, отличных от CO2, и их потенциальное влияние на снижение стоимости климатической политики особенно удивителен, поскольку он непропорционален их примерно 20-процентному вкладу в общие выбросы парниковых газов в США. В развивающихся странах, таких как Индия и Бразилия, газы, отличные от CO2, в настоящее время составляют более половины выбросов парниковых газов. Таким образом, любые рентабельные усилия по привлечению развивающихся стран к смягчению последствий изменения климата должны будут уделять еще больше внимания газам, отличным от CO2.

Конечно, эти газы — лишь часть эффективного ответа на климатическую угрозу. Даже если бы они в значительной степени контролировались, у нас все равно остались бы значительные выбросы CO2 в результате использования энергии и изменений в землепользовании. В более долгосрочной перспективе и по мере необходимости более значительных сокращений выбросов парниковых газов контроль над выбросами CO2 будет приобретать все большее значение как неотъемлемый компонент климатической политики.

Остается ряд неопределенностей при расчете климатического воздействия газов, отличных от CO2, и одна из них связана с точностью потенциалов глобального потепления. Анализ показал, что используемые в настоящее время ПГП значительно недооценивают роль метана, и любая корректировка этой погрешности усилит важность парниковых газов, отличных от CO2. Эта ошибка частично связана с пропущенными взаимодействиями, такими как роль метана в образовании тропосферного озона. ПГП также неадекватно отображают сроки воздействия усилий по борьбе с загрязнением окружающей среды на климат. Из-за его относительно короткого времени жизни в атмосфере усилия по сокращению выбросов метана, направленные на замедление изменения климата, вступят в силу в течение следующих нескольких десятилетий, в то время как преимущества сокращения выбросов CO2 распространяются на столетие или более. Таким образом, в той мере, в какой кто-то обеспокоен замедлением изменения климата в течение следующих 50 лет, контроль над метаном и ГФУ — газами, которые сохраняются около десяти лет — имеет значение, которое затемняется, когда ПГП за 100 лет используются для сравнения вклад различных газов. Были предложены экономические формулировки индексов ПГП, которые позволили бы решить эти проблемы, но расчеты с использованием этих экономических формул сопряжены с множеством более глубоких неопределенностей, таких как то, как монетизировать ущерб, связанный с изменением климата.

Еще более сложный вопрос заключается в том, следует ли и как сравнивать усилия по контролю за другими веществами, влияющими на радиационный баланс атмосферы, такими как прекурсоры тропосферного озона, черный углерод и охлаждающие аэрозоли.Основная проблема, связанная с этими веществами, заключается в том, что, несмотря на то, что их воздействие на климат важно, более непосредственная проблема заключается в том, что они вызывают локальное и региональное загрязнение воздуха, которое влияет на здоровье человека, урожайность сельскохозяйственных культур и экосистемы. Более того, их климатические воздействия в основном носят региональный или даже локальный характер, и эта особенность создает трудности для использования единого индекса для представления их воздействия по всему земному шару. В конце концов, важно рассматривать эти вещества как часть климатической политики, но необходимы дополнительные исследования и анализ для количественного определения их влияния на климат и разработки политики, учитывающей их местное и региональное воздействие загрязнения.

Если оставить в стороне местные и региональные загрязнители воздуха, количественное значение других парниковых газов, отличных от CO2, в настоящее время относительно хорошо установлено. Одна из основных остающихся проблем при включении их в режим контроля заключается в том, можно ли точно измерить и контролировать их выбросы, чтобы, какой бы набор политик ни применялся, можно было гарантировать соблюдение. На самом деле возможность мониторинга и измерения связана не столько с типом парниковых газов, сколько с природой их источника. Гораздо проще измерять и контролировать выбросы от крупных точечных источников, таких как электростанции, чем от широко рассредоточенных неточечных источников, таких как выхлопные трубы автомобилей и грузовиков или фермерские поля. Метан, выбрасываемый с крупных свалок, можно легко измерить, и он находится в Соединенных Штатах. Но нецелесообразно напрямую измерять метан, выделяемый каждой головкой скота, или N2O с каждого фермерского поля. Сложность мониторинга и измерения выбросов подразумевает, что для разных источников может быть желателен другой подход к регулированию, по крайней мере, на начальном этапе.

Ученые давно признали различные роли парниковых газов, отличных от CO2, и других веществ, которые способствуют изменению климата.Однако только в последние несколько лет различные части этой сложной головоломки были собраны вместе, чтобы дать более полную картину того, насколько важным может быть контроль этих газов в экономически эффективной стратегии замедления изменения климата. . Контроль выбросов парниковых газов, отличных от CO2, является важнейшим компонентом экономически эффективной климатической политики, и, особенно в ближайшем будущем, эти сокращения могут дополнить первоначальные усилия по контролю выбросов углекислого газа.