Jak dowiadujemy się z Szóstego raportu IPCC, szybkie ograniczenie emisji metanu jest ważnym elementem scenariuszy, które pozwoliłyby nam na zatrzymanie globalnego ocieplenia. Skutecznie działanie wymaga jednak dostępu do wiarygodnych informacji. Niedawno rozpoczęte akcje satelitarnej weryfikacji rzeczywistych, a nie tylko deklarowanych, emisji metanu, przynoszą niewesołe wieści. Wielkość wcześniej nieznanych emisji oraz liczba miejsc, w których wydobywa się metan, są na tyle duże, że – zdaniem badaczy – mogą w istotnym stopniu zmienić bilans emisji i pochłaniania gazów cieplarnianych, stąd trzeba uwzględnić je w modelach klimatycznych.
Ilustracja 1. Satelita Sentinel-5P. Źródło: ESA
Metan jest drugim, pod względem wpływu na klimat, istotnym gazem cieplarnianym (więcej na temat przeczytasz np. w artykule „Metan w środowisku” na naszym portalu). Jego ilość w atmosferze stale wzrasta (patrz „Coraz więcej gazów cieplarnianych w atmosferze”), co zagraża realizacji celów klimatycznych przyjętych przez państwa świata w Porozumieniu paryskim. W trakcie spotkania COP26 w Glasgow w 2021 r., po publikacji raportu Global Methane Assessment (CCAC/UNEP), ponad 100 krajów podpisało porozumienie Global Methane Pledge. Sygnatariusze zobowiązali się do ograniczenia emisji metanu o 30% do 2030 r. w odniesieniu do 2020 r. Niestety, porozumienia nie podpisały Chiny, Indie i Rosja, czyli duzi emitenci metanu, aczkolwiek Chiny złożyły inną wspólną deklarację wraz z USA. Realizacja Global Methane Pledge może zmniejszyć przewidywane do 2050 r. globalne ocieplenie o 0,28°C. Ponadto, jak wskazano w Global Methane Assessment, realna byłaby także większa redukcja emisji: o 45% w ciągu dekady.
Emisje metanu w poszczególnych krajach znamy głównie z obowiązkowych deklaracji, dotyczących wybranych gałęzi przemysłu oraz oszacowań, bazujących na znajomości procesów, w których metan jest emitowany (więcej znajdziesz np. w artykule “The Global Methane Budget 2000–2017”). Istniejące bazy gromadzące dane o emisjach nie pozwalają na ustalenie z dużą dokładnością, gdzie występują emisje i w jakich ilościach. Metan wydobywa się m.in. z gazociągów, szybów naftowych, kopalni, zakładów przetwórstwa paliw kopalnych, czy składowisk odpadów. Wycieki mogą następować przez zaniedbanie lub w wyniku celowego działania, co sprawia, że przynajmniej część z nich jest ukrywana. W związku z tym konieczna jest weryfikacja i śledzenie wycieków na całym świecie. Warto tu wspomnieć, że ONZ powołało Międzynarodowe Obserwatorium Emisji Metanu, działające w ramach Programu Środowiskowego (UNEP). Jego zadaniem jest wiarygodne określenie wszelkich emisji tego gazu.
Ilustracja 2. Emisja metanu z wysypiska w pobliżu centrum Madrytu w Hiszpanii, wykryta przez GHGSat. Źródło: ESA/GHGS
Jak znaleźć emitentów metanu
Obecnie, weryfikację emisji metanu można prowadzić użyciem satelitów, co ma tę zaletę, że informacje pozyskuje się szybko i globalnie. Na orbitach okołoziemskich funkcjonuje już kilka satelitów lub ich sieci, a część jest w fazie przygotowania, m.in.:
- GHGSat – satelity firmy prywatnej, oferującej dane dla sektorów: wydobycia ropy, gazu i węgla, gospodarki odpadami, a także dla instytucji finansowych i publicznych, od 2016 r.
- Copernicus Sentinel-5 Precursor – satelita Europejskiej Agencji Kosmicznej i Komisji Europejskiej, od 2017 r.
- GOSAT/GOSAT-2 – satelity Japan Aerospace Exploration Agency, od 2018 r.
- MethaneSAT – satelita finansowany przez amerykańską organizację pozarządową Environmental Defense Fund oraz Nowozelandzką Agencję Kosmiczną, planowane wystrzelenie w 2022 r.
- GeoCarb – satelita geostacjonarny, wspólna inicjatywa m.in. NASA i University of Oklahoma, planowane wystrzelenie w 2023 r.
- Carbon Mapper – publiczno-prywatny projekt NASA/Jet Propulsion Laboratory, planowany
Satelity różnią się między sobą parametrami sensorów, m.in. rejestrowanymi zakresami długości fali elektromagnetycznej, rozdzielczością, zarówno przestrzenną, jak i widmową (szerokością wspomnianych przedziałów długości fal), szybkością lotu itp. Koncentracja metanu nie jest mierzona w sposób bezpośredni, lecz uzyskiwana w wyniku analizy i interpretacji natężenia światła w różnych zakresach widmowych, zwykle dla całej kolumny powietrza, od powierzchni Ziemi do szczytu atmosfery.
Uzyskanie precyzyjnej informacji o lokalizacji punktu emisji jest sporym wyzwaniem. Przykładowo, detektor TROPOMI, umieszczony na satelicie Sentinel-5P, ma nominalną rozdzielczość 7 x 7 kilometrów i na podstawie zbieranych przez niego danych można tylko orientacyjnie ustalić globalne „hotspoty” emisji. Aby uzyskać precyzyjne lokalizacje źródeł, firma GHGSat, łączy te informacje z własnymi danymi (zbieranymi z użyciem instrumentów o większej rozdzielczości, przyrządów montowanych w samolotach i in.) oraz analizami stanu atmosfery.
Inna wykorzystana metoda to połączenie danych z dwóch misji: Copernicus Sentinel-5P i Sentinel-2, oraz zastosowanie algorytmów sztucznej inteligencji. Dzięki temu specjaliści z firmy Kayrros wykryli 13 zdarzeń emisji metanu (do 164 ton na godzinę) w latach 2019–2020 wzdłuż rurociągu Jamał-Europa, biegnącego przez Rosję, Białoruś, Polskę i Niemcy, na dystansie 4196 km. Co ciekawe, liczba zdarzeń-emisji na terenie Rosji, wykrytych przez Kayrros, wzrosła o 40% w 2020 r. w porównaniu z 2019 r., mimo że pandemia COVID-19 spowodowała zmniejszenie eksportu rosyjskiego gazu do Europy o około 14%, według Międzynarodowej Agencji Energetycznej IEA.
Ilustracja 3. Emisja metanu z kopalni węgla w prowincji Shanxi w Chinach. Źródło: ESA/GHGSa
Na ilustracji 2 możecie zobaczyć emisję metanu z wysypiska śmieci w pobliżu centrum Madrytu w Hiszpanii, na ilustracji 3 emisję z kopalni węgla w prowincji Shanxi w Chinach, zaś na ilustracji 4 emisję w wyniku wycieku z gazociągu w Kazachstanie.
Niedoszacowane emisje metanu
Analiza danych satelitarnych wskazuje, że emisje metanu są niedoszacowane i że problem dotyczy praktycznie całego świata. Na przykład, w Turkmenistanie na polach wydobywczych wykazano szereg wycieków, którym można było zapobiec (choćby przez wypalenie, w wyniku którego do atmosfery zamiast metanu trafi mniej szkodliwy dwutlenek węgla), czego jednak nie wykonano. W niektórych punktach wyciekają dziesiątki ton metanu na godzinę. W USA, z kolei, wykryto wycieki z opuszczonych odkrywek gazowych w Pensylwanii i wskazano dziesiątki innych wycieków z funkcjonujących szybów gazowych. Wszystko wskazuje na to, że problem jest bardzo istotny, szczególnie w kontekście odchodzenia od energetyki węglowej na rzecz spalania gazu, jako rzekomo mniej emisyjnego medium energetycznego, stanowiącego paliwo przejściowe na drodze do źródeł niskoemisyjnych.
Ilustracja 4. Emisje metanu wyciekającego z gazociągu w Kazachstanie, na bazie danych z satelitów Sentinel 2 i Sentinel-5P. Źródło: ESA
Według Yasjka Meijera, naukowca pracującego w ramach projektu Carbon Dioxide Monitoring mission (CO2M):
Wielu producentów ropy i gazu twierdzi, że ich średni wyciek wynosi około 1%. Okazuje się, że to znacznie więcej. Spalanie gazu w elektrowni przewyższa węgiel pod względem śladu węglowego tylko wtedy, gdy wyciek nie przekracza około 4%. Biorąc pod uwagę obecne liczby, faktycznie mamy wątpliwości, ponieważ może to być może 6% lub 12%, a wtedy globalny wpływ na klimat byłby znacznie większy.
Nie tylko przemysł paliw kopalnych ma swoje tajemnice. Ilse Aben, naukowiec z Netherlands Institute for Space Research, powiedział:
Zanim zobaczyliśmy pierwszy, nigdy nie sądziłem, że będziemy w stanie zobaczyć z kosmosu emisje ze składowisk odpadów. To z pewnością wywołało efekt ‘wow’, kiedy zobaczyliśmy to po raz pierwszy. A teraz wykryliśmy ich już całkiem sporo.
Ilustracja 5. Misja Copernicus Carbon Dioxide Monitoring (CO2M) będzie w stanie wykryć poszczególne źródła antropogenicznej emisji dwutlenku węgla. Źródło: ESA
Monitorowanie emisji gazów cieplarnianych z satelitów jest wciąż na wczesnym etapie, jednakże przemysł kosmiczny jest gotowy, aby poprawić technologię i zrobić kolejny krok, skutecznie pilnując emitentów z kosmosu. Ta możliwość będzie miała kluczowe znaczenie, aby świat był na dobrej drodze do osiągnięcia celów redukcji emisji gazów cieplarnianych i utrzymania globalnego ocieplenia w pobliżu limitu 1,5°C, określonego w Porozumieniu paryskim wynegocjowanym w 2015 r. Obecnie kraje samodzielnie zgłaszają swoje emisje na podstawie ilości paliw kopalnych spalanych w różnych sektorach ich gospodarki. Jednak kraje często publikują te liczby z pięcioletnim opóźnieniem, a eksperci kwestionują ich dokładność.
Niemniej jednak, trzeba walczyć o ograniczenie emisji metanu, albowiem to osiągniecie wydaje się znacznie prostsze niż osiągnięcie redukcji dwutlenku węgla. Uwalnianie metanu nie leży w niczyim interesie.
Monitorowanie emisji metanu a dwutlenku węgla
Monitorowanie metanu jest prostsze niż monitorowanie emisji dwutlenku węgla. Naturalna ilość metanu w powietrzu jest znacznie niższa niż dwutlenku węgla, a dodatkowo poziom emisji ze źródeł antropogenicznych jest znacznie wyższy niż poziom tła, więc znacznie łatwiej można je wyodrębnić. W przypadku dwutlenku węgla jest odwrotnie. W atmosferze jest go względnie dużo, a dodatek wywołany przez poszczególne źródła jest stosunkowo niewielki.
Mimo trudności, monitorowanie źródeł emisji CO2 jest równie ważne. Misja ESA CO2M ma za zadanie uruchomienie pierwszego tego typu narzędzia zdolnego do wskazania poszczególnych antropogenicznych źródeł dwutlenku węgla. Obecnie podobne zadanie wykonują satelity NASA Orbiting Carbon Observatory 2 i detektor OCO-3, jednak rozdzielczość tych dwóch instrumentów nie jest wystarczająco dobra, aby wykryć poszczególne emitery. Misja CO2M, która ma wystartować do 2026 roku, ma mierzyć stężenia gazu z dokładnością do 0,25%, co nadal stanowi wyzwanie techniczne.
Wiara czyni cuda
Mamy nadzieję, że obserwacje satelitarne pomogą utrzymać świat na właściwej drodze do zażegnania kryzysu klimatycznego. Mimo, że skala wycieków metanu zaskoczyła badaczy, to jednak teraz, kiedy można wreszcie zobaczyć ukryte wcześniej przecieki gazociągów i zanieczyszczające atmosferę składowiska, rozwiązanie problemu jest przynajmniej technicznie możliwe.
Jacek Pniewski, na podstawie T. Pultarova, “Satellites discover huge amounts of undeclared methane emissions”
