Metaan (CH4) – omadused, allikad, kasutus ja mõju kliimale

Metaan on orgaaniline ühend keemilise valemiga CH
₄. See on ühe süsinikuaatomiga alkaan ja maagaasi peamine komponent. Metaan on värvitu ja lõhnatu gaas (komertsiaalsetesse gaasisegudesse lisatakse lekke tuvastamiseks sageli lõhnastajat). See on tugev kasvuhoonegaas: tema kliimamõju sõltub ajahorisondist — lühemaajaline mõju on palju suurem kui pikaajaline — kuid üldiselt on metaanil oluliselt suurem soojusmõju ühe ara võrreldes süsinikdioksiidiga. Metaan oksüdeerub atmosfääris ja põlemisel hapniku toimel lõpuks süsinikdioksiidiks ja veeks.

Füüsikalised ja keemilised omadused

• Molekulmass: 16,04 g/mol.
• Olekuomadused: colorless, lõhnatu gaas standarttingimustel; keemistemperatuur ≈ −161,6 °C, sulamistemperatuur ≈ −182,5 °C.
• Tihedus: umbes 0,66 kg/m³ (STP), kergem õhust.
• Põlemine: täielikul põlemisel: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O. Plahvatuslik segumine õhuga on võimalik — süttimise piirid õhus ligikaudu 5–15 % mahust.
• Atmosfääri käitumine: reageerib peamiselt hüdroksüüradikaalidega (OH), mille käigus moodustuvad ühendid, mis lõplikult oksüdeeruvad CO2-ks ja veeks.

Allikad

Metaani emissioonid on nii looduslikud kui antropogeensed. Peamised allikad:

• Looduslikud: märgalad (suurim looduslik allikas), muda ja veekogud, termiidid, ookeanid, maa-alused gaasi- ja naftaväljad ning metaani hüdraadid.
• Inimtekkelised: fossiilkütuste kaevandamine ja transport (maagaas, nafta, söe kaevandamine), põllumajandus (eriti loomakasvatus — enteriline fermentatsioon ruminantides), riisikasvatus, prügilad ja orgaanilise aine lagunemine jäätmekäitlemises, biomassipõleti ja taliviljeluse põletused.

Kasutus

• Kütus: maagaasina kodudes ja tööstuses küte, elektritootmine ning transpordikütus (LNG, CNG).
• Keemiatööstus: lähteaine ammoniaagi, metanooli ja muude orgaaniliste kemikaalide tootmiseks; allikas vesinikule reformimise teel.
• Biogaas: orgaanilise aine anaerobse lagunemise kaudu toodetav gaas, mida saab puhastada ja tarbida sarnaselt maagaasile.

Mõju kliimale

Metaan on tugev kasvuhoonegaas, mis panustab nii otseselt soojenemisele kui ka kaudselt, näiteks suurendades troposfäärilist osooni moodustumist. Selle mõju sõltub vaatluse ajahorisondist:

• Lühiajaline mõju (20 aastat): metaani soojendav võime on palju suurem — hindamiste järgi on GWP20 ligikaudu 80–90 korda suurem kui CO2 (täpne arv sõltub hindamisviisist).
• Pikaajaline mõju (100 aastat): GWP100 jääb madalamaks, tavaliselt ~28–34 korda (olenevalt aruandest ja arvestusest).

Kuna metaani atmosfääriline eluiga on suhteliselt lühike (umbes 9–12 aastat, sõltuvalt OH-radikaalide kontsentratsioonist), siis metaani emissioonide kiire vähendamine toob kiire ja tuntava kasu lämmastiku ja temperatuuri kasvu aeglustamisel ning parandab õhukvaliteeti (väheneb troposfääriline osoon).

Atmosfääriline lagunemine ja eluiga

Peamine metaani kadu atmosfääris toimub reaktsioonis hüdroksüüradikaalidega (OH). See algreaktsioon viib mitme vaheühendi kaudu lõpp-produktideni (CO2 ja H2O). Atmosfääriline eluiga ei ole täpselt konstantne — see sõltub OH tasemest ja teistest atmosfääri keemilistest protsessidest ning on tavapäraselt hinnatud umbes 9–12 aastaks.

Tervise- ja ohutusaspektid

• Toksilisus: puhas metaan ei ole tõsiselt toksiline, kuid kõrged kontsentratsioonid võivad põhjustada hapnikupuudusest tingitud lämbumist (metaan on asfüksiant).
• Põlemis- ja plahvatusoht: metaan on väga kergesti süttiv ja võib moodustada plahvatusohtlikke segu õhuga; lekked siseruumides on eriti ohtlikud.
• Lekete avastamine: kuna metaan on lõhnatu, lisatakse tarbegaasile sageli lõhnastajaid (nt merkaptanid) lekete avastamiseks.

Mõõtmine, jälgimine ja leevendamine

Metaani emissioone jälgitakse nii maapealsete ja õhuproovide kui ka satelliitide ja lennukite abil. Viimastel aastatel on satelliidid (nt TROPOMI, GHGSat ja teised) võimaldanud avastada ja kaardistada suuri lekkeallikaid ning piirkondlikke emissioone.

Leevendusvõimalused hõlmavad:

• pisemahuliste ja suurtähtsusega lekkede leidmine ja parandamine nafta- ja gaasitööstuses;
• prügilate ja reoveekäitluse gaasi kogumine ja kasutamine energiaks;
• loomakasvatuse praktika parandamine, toitainete ja söötade optimeerimine ning uued lisandid, mis vähendavad enterilist metaani tootmist;
• riisikasvatuse vee- ja muldahalduse muutmine metaani emissioonide vähendamiseks;
• energia- ja jäätmekäitluse parema tehnoloogia rakendamine ning fossiilkütuste asendamine vähese süsinikusisaldusega energiaallikatega.

Praegune olukord ja trendid

Atmosfääriline metaani sisaldus on olnud tööstusrevolutsioonijärgsel perioodil märkimisväärselt tõusuteel. Konkreetsed kontsentratsioonid ja kasvutempod varieeruvad aastakümnetes, kuid üldine trend viimastel kümnenditel on olnud kasvav, mis on seotud nii looduslike muutuste kui ka inimtekkeliste emissioonide suurenemisega. Kuna metaan mõjutab kliimat kiiresti, on selle vähendamine paljude kliimapoliitikate keskmes kui võimalus saavutada suhteliselt kiireid kasvuhoonegaaside vähenemise kliimamõjusid.

Otsing