Насколько силен метан?

Два федеральных агентства в этом месяце предприняли шаги, которые позволили бы нефтегазовой промышленности выбрасывать в окружающую среду больше метана, парникового газа. Критики предупреждали, что метан более эффективен, чем углекислый газ, в улавливании земного тепла, но некоторые приводили сильно расходящиеся цифры, чтобы описать, насколько более эффективен.

Сенатор Берни Сандерс сказал, что метан в 86 раз более эффективен, чем углекислый газ, в то время как другие, в том числе член палаты представителей от Нью-Джерси Фрэнк Паллоне, заявили, что он в 25 раз сильнее. Так что же это — 86 или 25 раз?

Удивительно, но обе цифры точны. Однако суммы сильно различаются, потому что они соответствуют разным временным рамкам — деталь, которая часто не упоминается, когда приводится эта статистика.

Значения, используемые Сандерсом и Паллоне, — это то, что климатологи называют потенциалами глобального потепления, или ПГП, которые ученые используют для сравнения активности парниковых газов. Поскольку эти цифры часто приводятся без особого объяснения того, что они на самом деле означают, мы углубимся в некоторые детали, чтобы показать науку, стоящую за ними, и типы предположений, которые заложены в них.

Сандерс и Паллоне отреагировали на заявление Агентства по охране окружающей среды от 11 сентября о том, что оно планирует ослабить правила, направленные на ограничение выбросов метана в нефтегазовой отрасли. У общественности будет 60 дней для комментариев после того, как предлагаемое правило будет опубликовано в Федеральном реестре.

Если изменение EPA будет принято, компаниям не придется так часто отслеживать «неорганизованные выбросы» или утечки метана, а также у них будет больше времени для устранения утечек, прежде чем им грозят штрафы.Агентство заявляет, что измененные правила сэкономят отрасли около 484 миллионов долларов на нормативных расходах в период с 2019 по 2025 год, но также приведут к выбросу метана на 380 000 тонн больше за тот же период.

Неделю спустя Министерство внутренних дел объявило, что оно доработало аналогичное правило в отношении выбросов метана на федеральных землях и землях племен, которые правительство сдает в аренду компаниям для разведки и разработки нефти и газа. Правило в значительной степени отменяет набор правил, которые должны вступить в силу и которые были созданы для предотвращения потерь метана на буровых площадках. Бюро по управлению земельными ресурсами ранее подсчитало, что эти правила предотвратят выбросы метана от 175 000 до 180 000 тонн в год, что эквивалентно примерно 4,4–4,5 миллионам метрических тонн углекислого газа.

Потенциал глобального потепления, объяснение

Идея, лежащая в основе GWP, состоит в том, чтобы сравнить, какое нагревание вызовет вновь выбрасываемый газ по сравнению с той же массой двуокиси углерода или CO.₂ , в течение установленного периода времени. Они часто используются для расчета CO.₂ эквивалентов, как в приведенном выше расчете Бюро по управлению земельными ресурсами, и может использоваться для подсчета выбросов всех различных парниковых газов. Потепление здесь обозначается причудливым термином, называемым радиационным воздействием, которое можно рассматривать как показатель энергетического баланса Земли. Как мы объясним позже, это немного отличается от повышения температуры, которое фиксируется в другом показателе.

Таким образом, на это значение могут влиять различные факторы, в том числе:

• Присущая газу способность согревать : некоторые газы удерживают тепло лучше, чем другие, а некоторые также вызывают химические реакции, которые, среди прочего, могут привести к образованию других парниковых газов. Метан, например, лучше улавливает тепло, чем CO.₂, а также может увеличивать содержание озона в нижних слоях атмосферы, что косвенно повышает согревающую способность метана. Различные версии ПГП включают или исключают различные косвенные эффекты.
• Срок службы газа : Различные газы сохраняются в атмосфере в течение различных периодов времени. Одни, такие как метан, распадаются довольно быстро, в то время как другие могут существовать сотни или тысячи лет, все еще способствуя потеплению.

Дополнительным недостатком при учете согревающей способности газа является то, что радиационное воздействие многих парниковых газов меняется в зависимости от того, сколько газа уже находится в атмосфере. Основным способом нагревания газов является поглощение инфракрасного излучения или тепла. Но поскольку газы поглощают только определенные длины волн, возникает своего рода эффект насыщения, когда вокруг много определенного газа.

«Если газ поглотил все возможное инфракрасное излучение, то удвоение концентрации газа не изменит это поглощение», — объясняет Кейт Шайн, климатолог из Университета Рединга в Великобритании, по электронной почте. Шайн активно участвовал в разработке сравнительных показателей парниковых газов.

Шайн отмечает, что на самом деле все немного сложнее, потому что газы могут как поглощать, так и излучать радиацию, но общий принцип сохраняется — и он является ключом к пониманию относительного воздействия метана.

«Вероятно, доминирующий фактор разницы между CO₂ а метан в том, что СО уже гораздо больше₂ в атмосфере, чем метан», — говорит Шайн. «Это действует, чтобы приглушить эффект добавления большего количества CO₂ .”

Это не значит СО₂ ничего не делает или не имеет значения — его выбросы настолько больше, чем у других парниковых газов, что он остается самым большим фактором изменения климата — но он снижает относительное воздействие газа. Шайн добавляет, что это хорошо известное явление, которое ученые-климатологи учитывали в своих расчетах по моделированию более 50 лет и включали во все оценки Межправительственной группы экспертов по изменению климата или МГЭИК.

Важность времени

Одной из важнейших переменных для ПГП является выбранное временное окно.Как показывают твиты Сандерса и Паллоне, значения могут значительно меняться в зависимости от того, насколько далеко вы смотрите. Если рассматривать длительный период времени, то долгоживущие газы будут казаться более сильными, и наоборот, если рассматривать короткий период времени.

Вот почему значения для метана кажутся повсюду на карте. Метан существует всего около дюжины лет, поэтому он рано нагревается. Углекислый газ, напротив, может сохраняться в течение тысяч лет, неуклонно нагреваясь все это время. В результате эффективность метана намного выше, если оценивать его в течение 20 лет, а не 100 лет.

Эффективность других парниковых газов может колебаться в другом направлении, при этом долгоживущие газы, такие как тетрафторметан, становятся еще сильнее при оценке в масштабе столетия.

Таблица 1: ПГП для некоторых парниковых газов, адаптировано из таблицы 8.7 из вклада Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад МГЭИК (2013 г.). Не включает обратные связи между климатом и углеродом.

100-летняя метрика стала стандартом по умолчанию. Но на самом деле это всего лишь снимок, поскольку при более длительном просмотре будет недооценен ущерб, который наносит сегодня короткоживущий газ, такой как метан, а более короткий обзор полностью упустит продолжающееся потепление, вызванное более долгоживущим газом в будущее. В этих числах заложена определенная перспектива.

Это то, о чем МГЭИК очень откровенно говорит, как говорится в ее последнем отчете: «Нет никаких научных аргументов в пользу выбора 100 лет по сравнению с другими вариантами. Выбор временного горизонта является оценочным суждением, поскольку он зависит от относительного веса, придаваемого эффектам в разное время».

Шайн говорит, что использование 100-летнего периода времени произошло более или менее случайно. «Использование ПГП₁₀₀ в настоящее время довольно прочно укоренился в разработке политики, и поэтому многие политики считают его критерием выбора», — говорит он. «Но на самом деле это был результат ряда несколько произвольных решений».

Другие показатели

Хотя ПГП является наиболее распространенным показателем, существуют и другие, и ученые все еще пытаются их улучшить.

Например, Global Temperature Potential или GTP сравнивает парниковые газы с CO.₂ в их способности изменять глобальные средние приземные температуры. Во многом этот показатель похож на ПГП — он тоже привязан к определенному времени — но он делает еще один шаг вперед, переводя относительное потепление в температурный множитель. Другими словами, GTP метана₁₀₀ из 4 означает, что метан, выпущенный сегодня, вызовет изменение температуры через 100 лет в четыре раза по сравнению с той же массой CO.₂ выпущено сегодня.

Этот процесс преобразования больше зависит от климатических моделей и понимания учеными того, как все в системе взаимодействует, вызывая изменение температуры, в том числе от того, как быстро климат будет реагировать, поэтому в значении больше неопределенности. Возможно, из-за этого, а также из-за того, что он новее — он дебютировал в 2005 году — GTP, как правило, используется меньше, и это обычно не то число, которое приводят политики или журналисты, сравнивая эффективность парниковых газов. Но он может быть полезен для политиков, потому что он более непосредственно связан с изменением температуры, вокруг которого часто организуются договоры по климату.

Некоторые ученые-климатологи также предложили немного другие показатели, которые пытаются обойти некоторые недостатки ПГП. В частности, Шайн и его коллеги предложили новый вариант под названием GWP*, специально разработанный для устранения недостатков GWP при работе с метаном и другими короткоживущими газами. Шайн говорит, что эту метрику, возможно, лучше использовать в будущем, поскольку она фокусируется на изменениях выбросов метана, а не на общих выбросах. Рассматривая только увеличение выбросов метана как дополнительное потепление, это помогает объяснить короткую жизнь метана. Если выбросы метана не изменятся или сократятся, как ожидается в ближайшие годы, это может лучше отражать воздействие метана на климат.

Но, добавляет он, ПГП* еще не оценивался МГЭИК, и он пока предварительный. «Это будет довольно радикальное изменение, и потребуется время, чтобы увидеть, приживется ли наша идея», — говорит он.

Постоянные обновления

К общей путанице в отношении метана добавляется тот факт, что по мере того, как ученые узнавали больше о его согревающих эффектах, его относительная эффективность постоянно пересматривалась в сторону повышения. Однако в некоторых случаях последние версии ПГП не распространяются широко, отчасти потому, что для политиков имеет смысл придерживаться более старых, более низких ПГП, используемых в прошлых соглашениях, таких как Киотский протокол.

Например, в 1990-х годах в первых двух оценках МГЭИК был указан ПГП метана.₁₀₀ как 21. К 2013 г., с выпуском пятого доклада МГЭИК, ГВП₁₀₀ для метана было 28, увеличившись до 34, если включить обратные связи между климатом и углеродом. Но во многих материалах этого отчета были сделаны дополнительные расчеты с использованием более раннего ПГП.₁₀₀ цифры. Тем временем часто цитируемая статистика в 25 раз взята из четвертого доклада МГЭИК за 2007 год.

Большая часть обновления эффективности метана связана с переоценкой косвенного воздействия метана на озон. Например, когда метан распадается в нижней части атмосферы, называемой тропосферой, это способствует образованию озона. Этот озон способствует образованию смога и потеплению; он не считается «хорошим» типом озона, расположенным выше в стратосфере, который играет защитную роль, блокируя ультрафиолетовые лучи.

С момента последнего обновления климатологи сделали дополнительные открытия. Шайн и его коллеги, например, сообщили в Geophysical Research Letters в 2016 году, что метан может способствовать потеплению, поглощая солнечное излучение — особенность, которая ранее не признавалась и не учитывалась в оценках ПГП.

Ученые также всегда узнают больше об CO.₂ , и поскольку ПГП по определению относится к CO₂, любые изменения его параметров также повлияют на конечные значения для других парниковых газов.

Шайн говорит, что если работа его группы и других продолжится, возможно, шестой отчет МГЭИК сможет пересмотреть ПГП метана.₁₀₀ до 35 и выше. Это число, как и все предыдущие, будет изменяться по мере того, как климатологи узнают больше и вносят уточнения. Это также может включать в себя изрядную долю неопределенности. По данным МГЭИК, значения ПГП для метана обычно имеют погрешность от 30 до 40 процентов.

«За последние 10 лет мы добились большого прогресса, — говорит Шайн, — поэтому я надеюсь, что в течение следующих 10 лет мы устраним эти неопределенности».

Чем отличается ископаемый топливный метан

В случае с метаном есть еще один фактор, который следует учитывать, говоря о его эффективности. Значения GWP обычно не различаются в зависимости от источника газа. Но с метаном источники ископаемого топлива, например, из нефтегазовой промышленности, дают немного больший эффект, чем другие.

Разница связана с тем фактом, что когда метан окисляется или разлагается в атмосфере, некоторое количество CO₂ образуется в результате этой химической реакции. ПГП обычно не учитывает это, но это нормально, потому что для многих источников метана дополнительный CO₂ уже учтено. Например, если метан поступает от коровы или рисового поля, углерод просто перерабатывается. Завод уже удалил молекулу CO₂ во время фотосинтеза, так что компенсирует молекулу CO₂ который образуется при распаде метана.

Технически метан из ископаемого топлива также имеет это значение, потому что нефть и природный газ изначально представляли собой мертвое органическое вещество. Но связанный CO₂ был извлечен из атмосферы миллионы лет назад, поэтому включение смещения в настоящее время недооценивает то, что этот метан сделает с климатом.

В конце концов, это означает, что для метана из ископаемого топлива необходимо увеличить ПГП.₂₀ на 1, подняв его до 85 (или 87, включая отзывы), и увеличьте ПГП₁₀₀ на 2, увеличив его до 30 (или 36, включая отзывы).

Однако, поскольку не весь метан поступает из этого источника, МГЭИК в своем последнем отчете предпочла использовать более низкие значения для метана в своих основных таблицах, поэтому, вероятно, они будут встречаться чаще всего.

По данным EPA, в США 31 процент выбросов метана в результате деятельности человека приходится на нефтегазовую промышленность; 26 процентов приходится на домашний скот, например коров; и еще 16 процентов поступают со свалок. Метан также имеет множество природных источников, включая водно-болотные угодья и термитов.

Метрики — это только инструменты

Тот факт, что активность метана может сильно различаться — Шайн говорит, что она может варьироваться от 1 до 100, в зависимости от показателя и временных рамок, — является неизбежной чертой того, как ученые проводят эти сравнения, поэтому полезно понять некоторые из них. лежащие в основе предположения.

МГЭИК даже предупреждает в своем последнем отчете: «Метрики не определяют цели и политику — это инструменты, которые позволяют оценивать и осуществлять многокомпонентную политику», добавляя, что «наиболее подходящая метрика будет зависеть от того, какие аспекты изменения климата наиболее важны». важно для конкретного приложения».

Тем не менее, несмотря на все это внимание к силе метана, полезно помнить, что метан по-прежнему вносит меньший общий вклад в изменение климата, чем CO.₂ . Как мы уже писали ранее, CO₂ является основным драйвером. Другие газы, такие как метан, важны, но их гораздо меньше.

По данным МГЭИК, «двуокись углерода вносит наибольший вклад в радиационное воздействие за период с 1750 по 2011 год и его тенденцию с 1970 года». Сам по себе СО₂ приходилось 76 процентов всех антропогенных парниковых газов в 2010 году.

Метан считается вторым по величине отдельным источником, на долю которого приходится 16 процентов от того же общего количества при использовании более старого ПГП.₁₀₀ значения или 20 процентов, если используются более новые. Давай, и выбирай.