همه آنچه باید درباره انتشار گاز متان بدانید

متان پس از دی‌اکسید کربن، مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای در تغییرات اقلیم است و در مقیاس زمانی 20 ساله، 84 برابر بیشتر پتانسیل گرمایش جهانی دارد.

در اوایل آبان‌ماه، اداره کل ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده آمریکا، ناسا با انتشار یک تصویر ماهواره‌ای از ابر گاز متان، خبر از آلودگی در مجتمع پردازش و بازیافت زباله آرادکوه در جنوب تهران را داد. این خبر با واکنش‌های عجیب مقامات مواجه و رد شد.

به تازگی اما یک استارتاپ سطح یک دانش‌بنیان، شرکت تیزنگر با ارائه پژوهشی داده‌هایی را در تأیید گزارش ناسا با نتایج مشابه منتشر کرده است.

چندی پس از گزارش ناسا، وب‌سایت بلومبرگ در یک همکاری با شرکت نظارت بر انتشار گازهای گلخانه‌ای جی‌اچ‌جی‌ست، از تشکیل ابری متانی بر فراز نقطه‌ای دورافتاده در استان فارس اطلاع داد.

در این مقاله به بررسی آلودگی ناشی از انتشار گاز متان، دلایل و عواقب آن می‌پردازیم.

متان چیست و چگونه آزاد می‌شود؟

متان جزء اصلی گاز طبیعی، بی‌بو، بی‌رنگ، بی‌مزه و سبک‌تر از هوا است. گاز متان هم به‌صورت طبیعی و هم با استخراج زغال سنگ، نفت و گاز آزاد می‌شود. تحقیقات اخیر حاکی از آن است که بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، گاز موجود در جو از صنعت سوخت‌های فسیلی پدید می‌آید. پس از دی‌اکسید کربن، در میان گازهای گلخانه‌ای، متان بیشترین نقش را در تغییرات آب‌و‌هوایی و گرمایش زمین ایفا می‌کند.

بنابراین انتشار گاز متان به‌شدت با آینده اقلیمی 50 سال آینده مرتبط است. علاوه بر این، متان موجب ایجاد آلودگی شدیدی در هوا و عامل تشکیل ازن است که خود مسبب مشکلات جدی سلامتی می‌شود.

تقریباً یک سوم انتشار متان انسانی در سطح جهانی از بخش انرژی ناشی می‌شود. با توجه به این که متان یک محصول قابل فروش به شکل گاز طبیعی است، آژانس بین‌المللی انرژی تخمین زده است که می‌توان، بدون هزینه، انتشار این گاز را تا 45 درصد کاهش داد. کاهش انتشار گاز متان مرتبط با فعالیت‌های انسانی به میزان 50 درصد طی 30 سال آینده می‌تواند دمای جهانی را تا سال 2050 تا 0.2 درجه سانتی‌گراد کاهش دهد که گامی مهم در جهت حفظ افزایش دمای اقلیم تا کمتر از 2 درجه سانتی‌گراد است.

اثرات مخرب انتشار گاز متان

انتشار متان در هوا چندین پیامد خطرناک را به دنبال دارد:

در درجه اول، متان از طریق اکسید‌شدن (اکسیداسیون) جو را ترک می‌کند و بخار آب و دی‌اکسید کربن را تشکیل می‌دهد. بنابراین، نه تنها متان به‌طور مستقیم در گرمایش زمین مؤثر است، بلکه به‌طور غیرمستقیم نیز، با انتشار دی‌اکسید کربن، آن را تشدید می‌سازد.

علاوه بر این، در طی فرایند اکسیداسیون، متان با رادیکال‌های هیدروکسیل (OH) واکنش می‌دهد؛ این مولکول‌ها به‌صورت یک پاک‌کننده طبیعی عمل می‌کنند. بنابراین، متان، مقدار رادیکال‌های هیدروکسیل موجود برای حذف انواع دیگر آلاینده‌های هوا را کاهش می‌دهد.

متان همچنین موجب تشکیل ازن، کاهش کیفیت هوا و محصولات کشاورزی، ایجاد مشکلات مختلف سلامتی در موجودات و مرگ‌ زودرس انسان می‌شود.

لذا، کاهش میزان متان در جو این اثرات را تعدیل می‌کند. تنها با تمرکز بر انتشار گاز متان با منشأ انسانی می‌توان نرخ گرمایش جهانی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

مقایسه متان با سایر پتانسیل‌های گرمایش جهانی

با مقایسه پتانسیل‌های گرمایش جهانی با دی‌اکسید کربن، می‌توان به اثرگذاری آن‌ها در ایجاد اثرات گازهای گلخانه‌ای پی برد:

با درنظرگرفتن دی‌اکسید کربن به‌عنوان گاز مرجع، پتانسیل گرمایش جهانی آن بدون توجه به دوره زمانی، 1 در نظر گرفته می‌شود. هرچه پتانسیل گرمایش جهانی گازی، در مقایسه با دی‌اکسید کربن، بیشتر باشد، قدرت بیشتری در گرمایش جهانی دارد. به عنوان مثال، اگر گازی دارای پتانسیل گرمایش جهانی 50 باشد، بدان معنی است که یک تن از آن گاز به اندازه متوسط 50 تن دی‌اکسید کربن موجب گرمایش می‌شود.

با وجود اینکه متان دارای طول عمری کوتاه در جو (حدود یک دهه) در مقایسه با دی‌اکسید کربن (300 تا 1000 سال) است، انرژی بسیار بیشتری را جذب می‌کند. در نتیجه، اثر خالص این طول عمر کوتاه‌تر همراه با جذب بیشتر انرژی در پتانسیل گرمایش جهانی آن منعکس می‌شود.

بنابر گزارش وب‌سایت کمیسیون اتحادیه اروپا، در یک مقیاس زمانی 100ساله، متان، دومین گاز گلخانه‌ای فراوان، 28 برابر بیشتر از دی‌اکسید کربن پتانسیل گرمایش جهانی دارد، آماری که در یک بازه زمانی 20ساله به 84 برابر می‌رسد.

منابع انتشار گاز متان

در گذشته، تصور می‌شد که حدود 10 درصد از متان آزاد شده در هوا ناشی از منابع طبیعی، همچون آتشفشان‌ها و گودال‌های گلی است. با این حال، پژوهش‌های سال‌های اخیر، حاکی از آن است که منابع زمین‌شناسی نقشی بسیار کمتر از انتظار را دارند. در عوض، محققان انتشار متان را بیشتر به صنعت، کشاورزی و دامداری، دفن زباله‌ و استخراج سوخت‌های فسیلی (مؤثرترین عامل) نسبت می‌دهند.

در کنار پیامدهای ناخوشایند، این یافته، می‌تواند خبری خوب نیز تلقی شود: با وجود اینکه تولید نفت و گاز تأثیر بیشتر از انتظار در رهاسازی متان دارد، با مدیریت فعالیت‌های انسانی، همانند استخراج سوخت‌های فسیلی و سیاست‌گذاری‌های مناسب، می‌توان انتشار متان را تا حد قابل توجهی کنترل نمود.

هرچند، این سیاست‌ها صنعت نفت و گاز را با غفلت از منابع اصلی انتشار متان مانند محل‌های دفن زباله و کشاورزی هدف قرار می‌دهند.

زباله‌های جامد شهری در ابتدا، پس از دفن در یک محل، تحت یک مرحله تجزیه هوازی با اکسیژن قرار می‌گیرند و مقدار کمی متان تولید می‌کنند. سپس، معمولاً در کمتر از 1 سال، شرایط بی‌هو‌ازی ایجاد می‌شود و باکتری‌های تولیدکننده متان شروع به تجزیه زباله و ایجاد متان می‌کنند.

با گسترش شهرنشینی و افزایش زباله، رسیدگی به آلودگی ناشی از این عامل، توجه خاصی را می‌طلبد. بر‌اساس برآورد سازمان ملل متحد در سال 2018، جمعیت شهری به حدود 54 درصد از سراسر جامعه جهانی رسیده است؛ این در حالی است که تا سال 2050، این آمار می‌تواند به 68 درصد، معادل با افزایش 2.5 میلیارد نفری جمعیت شهری، برسد.

بر‌اساس داده‌های آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، محل‌های دفن زباله جامد شهری، سومین منبع اصلی آزادسازی متان با منشأ انسانی در این کشورند. تقریباً 14.5 درصد از این انتشارات در سال 2020 رخ داده و در همین سال، انتشار متان از محل‌های دفن زباله جامد شهری حدوداً معادل تولید گازهای گلخانه‌ای بوده است. این میزان معادل گازهای گلخانه‌ای آزاد‌شده در طی یک سال از حدود 20.3 میلیون وسیله نقلیه مسافربری یا انتشار دی‌اکسیدکربن ناشی از مصرف انرژی حدود 11.9 میلیون خانه است.

آیا توده گاز متان با وزش باد از بین می‌رود؟

متغیرهای هواشناسی تأثیر قابل توجهی بر تراکم آلاینده‌ها دارند. اثرگذاری باد برای جابه‌جایی توده‌های متانی به عوامل بسیاری چون سرعت وزش باد، غلظت آلاینده، شرایط فصلی، دما و… بستگی دارد.

مطالعه‌ای از سازمان ملی مرکز بیوتکنولوژی ایالات متحده نشان می‌دهد که میانگین غلظت آلاینده‌های متان و دی‌اکسید کربن با افزایش سرعت باد کاهش می‌یابد. اگرچه، کاهش تراکم و غلظت گاز متان در مقایسه با دی‌اکسید کربن آهسته‌تر است.

آیا ابر متانی قابل اشتعال است؟

به صورت کلی، متان گازی قابل انفجار در محیط بسته است که روی آب شناور می‌شود و به جوش می‌آید، بخار حاصل از آن نیز قابل اشتعال و انفجار است. نتایج یک پژوهش حاکی از آن است که شدیدترین انفجارها زمانی رخ می‌دهند که یک حجم متان با 10 حجم هوا (یا 2 حجم اکسیژن) ترکیب شود و در هوای حاوی کمتر از 5.5 درصد متان، انفجاری رخ نمی‌دهد.

هرچند، بررسی دقیق‌تر حاکی از وابستگی غلظت آنی متان در یک نقطه با اشتعال است. بزرگی ابر متانی ممکن است با احتمال انتشار شعله در توده ارتباط داشته باشد، اما برای بررسی اشتعال‌پذیری تنها یک نقطه مدنظر است.

چگونه آزادسازی گاز متان را کاهش دهیم؟

مدیریت انتشار متان از مباحث اصلی اجلاس آب‌‌و‌هوای سازمان ملل متحد است. در اجلاس اخیر این نهاد (COP27)، رهبران بیش از 150 کشور برای کاهش انتشار گاز متان یک پیمان جهانی را امضا کرده‌اند که در آن متعهد به کاهش 30 درصدی انتشار گازهای گلخانه‌ای قدرتمند تا سال 2030، شده‌اند. این پیمان با هدف محدود‌کردن گرمایش زمین به 1.5 درجه سانتی‌گراد صورت گرفته است؛ آستانه‌ای که حفظ آن برای جلوگیری از بدترین تغییرات اقلیمی حائز اهمیت است. در راستای این اقدامات، یک رصدخانه جدید انتشار گازهای گلخانه‌ای در سراسر جهان را ردیابی خواهد کرد.

کاهش انتشار متان در صنعت

در افق سال‌های 2030 و 2050، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش صنعت به شرح زیر است:

کشاورزی: بخش کشاورزی که حدود 40 تا 50 درصد متان انسانی را منتشر می‌کند، می‌تواند تا سال 2030 به کاهش 12 درصدی و تا سال 2050 به کاهش 30 درصدی دست یابد. انتشار گاز متان در حوزه کشاورزی ناشی از دامداری (عمدتاً گاو و گوسفند)، شیوه‌های کشاورزی و تولید برنج است. بخش بزرگی از انتشارات حاصل از کشاورزی را می‌توان با فناوری‌های موجود برطرف کرد. به عنوان مثال، چندین شرکت در حال تجاری‌سازی افزودنی‌های خوراکی برای گاوها هستند. هم‌چنین، رویکردهای جایگزینی برای مدیریت آب، کربن خاک، نیتروژن و زمین‌های کشاورزی می‌توانند مؤثر واقع شوند.

نفت و گاز: حدود 20 تا 25 درصد از انتشار متان انسانی ناشی از فعالیت‌های حوزه نفت و گاز است که با پیشگیری می‌تواند تا 40 درصد کاهش در سال 2030 و 73 درصد کاهش تا سال 2050 دست یابد. از آن‌جایی که متان یک جز اصلی گاز طبیعی است، با ایجاد زیرساخت‌های مناسب می‌توان از این منبع گاز گلخانه‌‌ای بهره مناسب برد؛ گزینه‌های متعددی برای جلوگیری از تلفات در تولید بالادستی وجود دارد: تشخیص محل انتشار و رفع آن، برق‌رسانی یا تعویض تجهیزات، ابزار هوای دقیق، و واحدهای بازیابی بخار.

استخراج زغال‌سنگ: استخراج زغال‌سنگ حدود 10 تا 15 درصد متان با منشأ انسانی را تولید می‌کند. این بخش پتانسیل کاهش 2 درصدی تا سال 2030 و 13 درصدی تا سال 2050 را داراست. اکثریت قریب به اتفاق انتشار از معادن عمیق یا رهاشده ناشی می‌شود. فناوری‌های مدرن می‌توانند متان حاصل از استخراج زغال‌سنگ را جذب و از آن برای تولید برق استفاده کنند. در این زمینه چین، با تولید 70 درصد از این انتشارات و استفاده از گازدهی با زغال‌سنگ در بخش صنعت، پیشتاز است.

زباله جامد: با احتساب انتشار حدود 7 تا 10 درصد متان انسانی، بخش زباله جامد می‌تواند تا سال 2030 به کاهش 39 درصدی و 91 درصدی تا سال 2050 دست یابد. همکاری با بازار بیوگاز در این زمینه منجر به بهره‌گیری از این گاز در سوخت وسایل نقلیه جاده‌ای، تولید برق یا کود می‌شود. با این حال، درآمد حاصل ممکن است برای جبران هزینه‌ها کفایت نکند.

فاضلاب: بخش فاضلاب در حال حاضر حدود 7 تا 10 درصد متان انسانی را تولید می‌کند. این انتشارات را می‌توان تا 27 درصد تا سال 2030 و 77 درصد تا سال 2050 کاهش داد. روش اصلی کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ایجاد زیرساخت‌ها و فناوری بهداشتی مدرن است. با این حال، هزینه‌ سرمایه‌گذاری و الزامات سیاست در بسیاری از کشورها قابل توجه است. در مواردی که بودجه و دسترسی به فناوری وجود دارد، می‌توان از تالاب‌های سرپوشیده یا استفاده از ریزجلبک‌ها برای جلوگیری از تشکیل گاز بهره برد. زباله‌های جامد را نیز می‌توان پس از جمع‌آوری به‌عنوان کود یا انرژی زیستی فروخت.

کاهش انتشار با اقدامات اولیه و پیشگیرانه

برای کاهش انتشار متان و دستیابی به اهداف توافق پاریس، نیازمند اجرای برخی اقدامات اساسی بدون ضرر هستیم:

گسترش نظارت، گزارش‌دهی و راستی‌آزمایی: دولت‌ها و صنایع باید به بررسی و تخمین داده‌ها روی آورند. نظارت ماهواره‌ای، پهپادها و حسگرها، یکی از راه‌های کمک به دستیابی به این هدف خواهد بود.

1- حمایت از مصرف پایدار: خریدار را با تأثیر اقلام مصرفی، همانند برنج، گوشت، زغال و…، در آزادسازی متان آگاه سازید. با این کار، خرده‌فروشان و مصرف‌کنندگان هوشمندانه‌تر تصمیم می‌گیرند، تولیدکنندگان و سرمایه‌گذاران در عرصه جدیدی رقابت می‌کنند.

2- افزایش نوآوری: بسیاری از راه‌حل‌ها به اندازه کافی توسعه یافته‌اند، اما به دلیل هزینه‌های بالا یا عدم آگاهی از فناوری موجود، در مقیاس کلان مورد استقبال مواجه نمی‌شوند. به عنوان مثال، استفاده از اهرم‌های عبوری و تشخیص روی سطح زمین می‌تواند در یافتن محل نشتی‌ها مؤثر باشد.

آیا می‌توان توده متانی را از بین برد؟

مرحله بعدی حذف توده تشکیل‌شده، پس از انتشار متان است. هرچند، این امر به نسبت دشوار است و با توجه به طول عمر کوتاه متان در جو ( 10 تا 12 سال) ارزش امتحان کردن را ندارد.

یکی از روش‌های حذف مستقیم متان در تقلید از حذف طبیعی متان در جو ارائه شده است که در آن ذرات معلق آب دریا که با آهن غنی شده‌اند، در جو رها می‌شوند.

هدف اکسیداسیون با رادیکال‌های هیدروکسیل است. اما اکسیداسیون حدود 2 درصد از متان زمانی رخ می‌دهد که گاز با کلر در نزدیکی سطح دریا تعامل یابد، واکنشی که با نور خورشید کاتالیز می‌شود.

این فرایند طبیعی بسیار سریع‌تر از اکسیداسیون متان با رادیکال‌های هیدروکسیل است و دانشمندان در حال بررسی چگونگی تقویت آن هستند. نتایج آزمایشگاهی نشان داده است که اگر کمی آهن به هوا‌پخش (آئروسل) نمک دریایی اضافه کنیم، به قدرتی 10 تا 100 برابر خواهیم رسید.

بزرگ‌ترین تولیدکننده‌های گاز متان در جهان

پنج ابرتولیدکننده متان در جهان (از همه منابع) به ترتیب کشورهای چین، هند، ایالات متحده، روسیه و برزیل هستند. این کشورها در مجموع، مسئول نزدیک به نیمی از کل انتشار متان در سطح جهان هستند. از این میان، تنها ایالات متحده و برزیل عضوی از تعهد جهانی متان در راستای کاهش انتشار این گازند. در حوزه انتشار گازهای گلخانه‌ای مرتبط با انرژی، پنج کشور بزرگ تولیدکننده گازهای گلخانه‌ای به ترتیب چین، روسیه، ایالات متحده، ایران و هند هستند. از این میان، تنها ایالات متحده عضوی از تعهد نام‌برده است.

 گزارش اخیر نهاد گلوبال انرژی مانیتور حاکی از آن است که تنها ۳۰ شرکت سوخت فسیلی، تولیدکننده حدوداً نیمی از گازهای گلخانه‌ای جهان در بخش انرژی هستند؛ در این بین، شرکت ملی نفت ایران با تولید معادل 495.6 میلیون تن گاز کربن‌دی‌اکسید، در صدر لیست قرار دارد. پس از آن، به ترتیب شرکت گازپروم روسیه و چاینا انرژی چین با تولید معادل 344.4 و 302.4 میلیون تن در رده‌های دوم و سوم قرار دارند.