Μεθανίου ως αέριο θερμοκηπίου

Το μεθάνιο αποτελεί βασική συνιστώσα του φυσικού αερίου, αλλά τα χημικά και φυσικά χαρακτηριστικά του καθιστούν επίσης ένα ισχυρό αέριο θερμοκηπίου και έναν ανησυχητικό παράγοντα στην παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Ένα μόριο μεθανίου, CH₄, αποτελείται από ένα κεντρικό άτομο άνθρακα που περιβάλλεται από τέσσερα υδρογόνα. Το μεθάνιο είναι ένα άχρωμο αέριο που συνήθως σχηματίζεται με έναν από τους δύο τρόπους:

• Το βιογενές μεθάνιο παράγεται από μικροοργανισμούς που διασπούν ορισμένους τύπους σακχάρων σε συνθήκες όπου απουσιάζει το οξυγόνο. Αυτό το βιολογικώς παραγόμενο μεθάνιο μπορεί να απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα αμέσως μόλις παραχθεί ή μπορεί να συσσωρευτεί σε υγρό ίζημα μόνο για να απελευθερωθεί αργότερα.
• Το θερμογόνο μεθάνιο σχηματίστηκε όταν η οργανική ύλη θάφτηκε βαθιά κάτω από γεωλογικά στρώματα και πάνω από εκατομμύρια χρόνια, και στη συνέχεια διασπάστηκε από την πίεση και τις υψηλές θερμοκρασίες. Αυτός ο τύπος μεθανίου είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου, που αποτελεί το 70 έως 90% του. Το προπάνιο είναι ένα κοινό παραπροϊόν που βρίσκεται στο φυσικό αέριο.

Το βιογενές και θερμογόνο μεθάνιο μπορεί να έχει διαφορετική προέλευση αλλά έχει τις ίδιες ιδιότητες, καθιστώντας τα αμφότερα αποτελεσματικά αέρια θερμοκηπίου.

Μεθάνιο, μαζί με διοξείδιο του άνθρακα και άλλα μόρια, συμβάλλει σημαντικά στην το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η αντανάκλαση της ενέργειας από τον ήλιο με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας μεγαλύτερης μήκους κύματος διεγείρει μόρια μεθανίου αντί να ταξιδεύει στο διάστημα. Αυτό θερμαίνει την ατμόσφαιρα, αρκετό ώστε το μεθάνιο να συμβάλλει στο 20% περίπου της θέρμανσης που οφείλεται στα αέρια του θερμοκηπίου, ενώ το δεύτερο είναι σημαντικό για το διοξείδιο του άνθρακα.

Λόγω της χημικοί δεσμοί στο μόριο του το μεθάνιο είναι πολύ πιο αποτελεσματικό στην απορρόφηση θερμότητας από το διοξείδιο του άνθρακα (έως και 86 φορές περισσότερο), καθιστώντας το ένα πολύ ισχυρό αέριο θερμοκηπίου. Ευτυχώς, το μεθάνιο μπορεί να διαρκέσει περίπου 10 έως 12 χρόνια στην ατμόσφαιρα πριν υποστεί οξείδωση και μετατραπεί σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα διαρκεί αιώνες.

Σύμφωνα με την Οργανισμός Προστασίας του Περιβάλλοντος (EPA), την ποσότητα του μεθανίου στην ατμόσφαιρα έχει πολλαπλασιαστεί από τη βιομηχανική επανάσταση, αυξανόμενη από περίπου 722 μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb) το 1750 έως 1834 ppb το 2015. Ωστόσο, οι εκπομπές από πολλά ανεπτυγμένα μέρη του κόσμου φαίνεται να έχουν ισοπεδωθεί.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι εκπομπές μεθανίου προέρχονται κυρίως από τη βιομηχανία ορυκτών καυσίμων. Το μεθάνιο δεν απελευθερώνεται όταν καίνουμε ορυκτά καύσιμα, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, αλλά κατά τη διάρκεια της εξόρυξης, επεξεργασίας και διανομής ορυκτών καυσίμων. Το μεθάνιο διαρρέει από τις πηγές φυσικού αερίου, στα εργοστάσια επεξεργασίας, από ελαττωματικές βαλβίδες σωληνώσεων και ακόμη και από το δίκτυο διανομής που φέρνει φυσικό αέριο σε σπίτια και επιχειρήσεις. Μόλις εκεί, το μεθάνιο συνεχίζει να διαρρέει από μετρητές αερίου και συσκευές που λειτουργούν με αέριο, όπως θερμαντήρες και σόμπες.

Ορισμένα ατυχήματα συμβαίνουν κατά το χειρισμό του φυσικού αερίου με αποτέλεσμα την απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων αερίου. Το 2015 απελευθερώθηκαν πολύ μεγάλοι όγκοι μεθανίου από μια εγκατάσταση αποθήκευσης στην Καλιφόρνια. Η διαρροή Porter Ranch διήρκεσε για μήνες, εκπέμποντας σχεδόν 100.000 τόνους μεθανίου στην ατμόσφαιρα.

Η δεύτερη μεγαλύτερη πηγή εκπομπών μεθανίου στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι η γεωργία. Όταν αξιολογούνται σε παγκόσμιο επίπεδο, οι γεωργικές δραστηριότητες κατατάσσονται στην πρώτη θέση. Θυμηθείτε εκείνους τους μικροοργανισμούς που παράγουν βιογενές μεθάνιο σε συνθήκες όπου λείπει το οξυγόνο; Τα φυτοφάγα ζώα είναι γεμάτα από αυτά. Οι αγελάδες, τα πρόβατα, οι κατσίκες, ακόμη και οι καμήλες έχουν μεθανόγακη βακτήρια στο στομάχι τους για να βοηθήσουν στην πέψη φυτικών υλικών, πράγμα που σημαίνει ότι περνούν συλλογικά πολύ μεγάλες ποσότητες αερίου μεθανίου. Και δεν είναι ένα δευτερεύον θέμα, καθώς το 22% των εκπομπών μεθανίου στις Ηνωμένες Πολιτείες εκτιμάται ότι προέρχεται από ζώα.

Μια άλλη γεωργική πηγή μεθανίου είναι η παραγωγή ρυζιού. Τα όστρακα ρυζιού περιέχουν επίσης μικροοργανισμούς που παράγουν μεθάνιο και τα πετρωμένα πεδία απελευθερώνουν περίπου το 1,5% των παγκόσμιων εκπομπών μεθανίου. Καθώς αυξάνεται ο ανθρώπινος πληθυσμός και μαζί του η ανάγκη να αυξηθεί η τροφή και καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται με την αλλαγή του κλίματος, αναμένεται ότι οι εκπομπές μεθανίου από τα πεδία του ρυζιού θα συνεχίσουν να αυξάνονται. Η προσαρμογή των πρακτικών καλλιέργειας ρυζιού μπορεί να συμβάλει στην άμβλυνση του προβλήματος: προσωρινή άντληση νερού κατά τη διάρκεια της σεζόν, για παραδείγματος χάριν, κάνει μεγάλη διαφορά, αλλά για πολλούς αγρότες, το τοπικό δίκτυο άρδευσης δεν μπορεί να φιλοξενήσει αλλαγή.

Η οργανική ύλη που αποσυντίθεται βαθιά μέσα σε ένα χώρο υγειονομικής ταφής παράγει μεθάνιο, το οποίο κανονικά εξαερίζεται και απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Είναι ένα αρκετά σημαντικό πρόβλημα ότι οι χώροι υγειονομικής ταφής είναι η τρίτη μεγαλύτερη πηγή εκπομπών μεθανίου στις Ηνωμένες Πολιτείες, σύμφωνα με την EPA. Ευτυχώς, ένας αυξανόμενος αριθμός εγκαταστάσεων συλλάβει το φυσικό αέριο και το δρομολογεί σε ένα εργοστάσιο που χρησιμοποιεί ένα λέβητα για την παραγωγή ηλεκτρισμού με αυτό το απόβλητο αέριο.

Καθώς οι περιοχές της Αρκτικής θερμαίνονται γρήγορα, το μεθάνιο απελευθερώνεται ακόμη και αν δεν υπάρχει άμεση ανθρώπινη δραστηριότητα. Η αρκτική δεξαμενή, μαζί με τους πολυάριθμους υγρότοπους και τις λίμνες της, περιέχει μεγάλες ποσότητες νεκρού βλάστησης που μοιάζει με τύρφη και είναι κλειδωμένη σε πάγο και παγωμένο νερό. Καθώς αυτά τα στρώματα ξεπάγωμα τύρφης, η δραστηριότητα των μικροοργανισμών παίρνει και το μεθάνιο απελευθερώνεται. Σε έναν ενοχλητικό βρόχο ανατροφοδότησης, το περισσότερο μεθάνιο υπάρχει στην ατμόσφαιρα, το θερμότερο παίρνει, και περισσότερο μεθάνιο απελευθερώνεται από το ξεπαγώδες περμανάντ.

Για να προσθέσουμε στην αβεβαιότητα, ένα άλλο ανησυχητικό φαινόμενο έχει τη δυνατότητα να διαταράξει πολύ γρήγορα το κλίμα μας. Κάτω από τα εδάφη της Αρκτικής και βαθιά στους ωκεανούς, μεγάλες συγκεντρώσεις μεθανίου υπάρχουν παγιδευμένες σε ένα πλέγμα όπως το νερό. Η προκύπτουσα δομή ονομάζεται clathrate ή ένυδρο μεθάνιο. Οι μεγάλες εναποθέσεις του clathrate μπορούν να αποσταθεροποιηθούν μεταβάλλοντας τα ρεύματα, υποβρύχιες κατολισθήσεις, σεισμούς και θερμοκρασίες θέρμανσης. Η ξαφνική κατάρρευση μεγάλων κοιτασμάτων ανθρακικού νατρίου, για οποιοδήποτε λόγο, θα απελευθέρωνε πολύ μεθανίου στην ατμόσφαιρα και θα προκαλούσε ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας.

Ως καταναλωτής, ο αποτελεσματικότερος τρόπος μείωσης των εκπομπών μεθανίου είναι η μείωση των ενεργειακών αναγκών των ορυκτών καυσίμων. Οι πρόσθετες προσπάθειες περιλαμβάνουν την επιλογή διατροφής χαμηλής περιεκτικότητας σε κόκκινο κρέας, ώστε να μειωθεί η ζήτηση για παραγωγή μεθανίου των βοοειδών και της λιπασματοποίησης για τη μείωση της ποσότητας των οργανικών αποβλήτων που αποστέλλονται στους χώρους υγειονομικής ταφής όπου θα παράγει μεθάνιο.