儘管我們沉迷於二氧化碳，但甲烷可能是應對氣候變遷的更方便的盟友
稻田、牛、沼澤和煤礦有什麼共通點？好吧，答案可能不只一個，但有一件事是肯定的：它們都是「氣體」。它們都會釋放甲烷，這種氣體不像二氧化碳那麼出名，但因其吸熱能力而臭名昭著。隨著其排放量的增加，世界也越來越關注它。科學家和政府認為甲烷是一種更快取得減緩氣候變遷成果的方法。但要解決甲烷問題，就意味著要確切地知道有多少甲烷進入了大氣層，以及誰該為此負責。
甲烷來自許多自然和人類相關來源。全球約三分之一的排放源自於濕地，大量有機物在濕地分解時產生甲烷。農業是人為甲烷的最大貢獻者，佔人為排放量的四分之一以上，主要來自牲畜和淹沒稻田中種植的農作物。甲烷是糞坑和反芻動物打嗝的副產品，而在稻田等田地中，細菌在水下分解會產生甲烷。全球甲烷排放量的另外四分之一來自石油和天然氣產業，該產業導致頻繁的天然氣洩漏並釋放甲烷。其他來源包括生物質燃燒和永久凍土融化。
但甲烷之所以成為氣候變遷的第二大因素，是因為它具有加熱大氣的能力──每單位的效力大約是二氧化碳的 20 倍。這意味著釋出1公斤甲烷相當於排放84公斤二氧化碳。隨著全球甲烷排放量迅速增加，我們應該預期氣候暖化會更加劇烈。
根據初步數據，2020 年甲烷濃度達到 2003 年有衛星記錄以來的最高濃度哥白尼氣候變遷服務（C3S）。這全球碳計劃顯示與 2010-2006 年相比，2017 年成長了 9%，並指出農業和廢棄物管理是成長的兩個可能驅動因素。 「在過去的十年裡，人們意識到甲烷的上升速度非常快，這是一個非常有問題的問題，」杜克大學氣候科學家、該報告的主要作者德魯辛德爾博士說。聯合國 2021 年全球甲烷報告。
但罪魁禍首仍在爭論中。 「當然，這種增長受到了強烈的人類影響，」SRON 荷蘭太空研究所的高級科學家、TROPOMI 儀器的聯合首席研究員 Ilse Aben 博士說，該儀器在太空船上觀測甲烷。哥白尼哨兵5P衛星。 “但是區分自然排放和人為排放總是很複雜。”
二氧化碳在空氣中可存留 300 年，因此減少其排放已刻不容緩，而甲烷僅在空氣中存留十多年。因此，減少甲烷排放可以為緩解氣候變遷帶來即時的效果。 「我們發現控制甲烷是有吸引力且有益的，」辛德爾博士在談到聯合國報告時說道。 “例如，如果今年採取減少甲烷的行動，我們會看到後一年的濃度已經發生變化。”由於甲烷會造成污染——當它與低層大氣中的燃燒廢氣混合時，會發生反應產生臭氧，損害我們的呼吸系統——這種減少可以為人們帶來直接的健康優勢。
然而，氣候可能需要大約十年或更長時間才能受益。 「但與減緩氣候變遷所能採取的幾乎任何其他措施相比，這仍然非常快，」辛德爾博士說。例如，在未來四年內將石油和天然氣中的甲烷排放量減少 45%，相當於關閉 1,300 座燃煤電廠，將有利於未來20年的氣候。從更大的範圍來看，到 2050 年將全球與人類相關的甲烷減少一半可以在未來 30 年內將氣溫升高降低 0.2°C，歐盟委員會表示。 「到目前為止，人們還沒有將這種情況放在一起，但由於好處如此明顯，讓人們參與其中應該不難，」辛德爾博士說。
精細的觀察使目標更接近
減少甲烷排放的勢頭正在增強。歐盟的甲烷戰略希望提高到 2030 年將歐盟主要非二氧化碳溫室氣體排放量減少 35-37%（與 2005 年水準相比）的雄心。為此，它主要透過其哥白尼大氣監測服務 (CAMS)。今年早些時候，美國國務院也宣布將投資3,500萬美元補救，該計劃將開發減少石油、天然氣和煤炭產業甲烷排放的技術。在全球範圍內，45 個國家的甲烷排放量約佔全球的四分之三。全球甲烷倡議，它也關注這些產業的甲烷減排。
但從源頭減少甲烷排放需要精確的監測。 Aben 博士解釋說，SRON 在世界各地使用許多現場測量方法，人們會採集空氣樣本進行分析。 「這個由大約 80 個監測站組成的網路非常適合追蹤全球甲烷的大致變化。但這還不足以向我們提供甲烷來源的資訊。
歐洲-地中海氣候變遷中心研究員、全球碳計畫貢獻者塞爾吉奧·諾斯博士解釋說，與二氧化碳不同，甲烷排放量更難以捉摸。 「政府間氣候變遷專門委員會告訴我們，二氧化碳排放的不確定性低於甲烷，這可能是因為我們對二氧化碳的產生地了解更多，觀測網絡更加發達。對於甲烷，沒有全球準確的生產活動數據，採樣分佈也不均勻[…]。我們對一些國家了解很多，而對另一些國家則知之甚少或一無所知。
「你確實需要全球覆蓋，這就是衛星觀測的用武之地，」阿本博士說。 「測量具有挑戰性——一旦排放，甲烷就會混合到空氣中並傳播。因此，在某個位置，您只能看到平均甲烷濃度，但您測量的甲烷也可能來自其他地方。我們研究世界各地這些濃度的變化，並嘗試找出並估計排放量。但是對流層監測儀(TROPOMI) 可以提供更精細的排放視圖，收集 5 x 7.5 公里小區域的數據，每天提供多達 4000 萬個觀測值。 「我們第一次實現了全球全面覆蓋和高解析度觀測，」阿本博士說。
緩解氣候變遷所需的最重要的數據可能是了解最大的甲烷排放者或超級排放者是誰。由於自然資源也在大氣中排放了大量的甲烷，因此區分哪些是人為造成的，哪些是自然造成的仍然很困難。 「在某些情況下，石油和天然氣設施可能靠近濕地，因此很難準確判斷有多少甲烷來自哪裡，」阿本博士解釋道。因此確定超級排放源會有所幫助。
TROPOMI 正是尋找那些超級排放源——煤礦或石油和天然氣開採洩漏等點源。 「我們嘗試專注於真正突出的內容並進行更詳細的分析。我們追求的是容易實現的目標，」阿本博士說。 “我們與其他合作夥伴合作使用較小的衛星，這些衛星可以在非常精細的尺度上測量甲烷。” TROPOMI 偵測到全球水準的排放後，它會提供突出的位置，而較小的衛星可以放大較小的區域，以確定哪些基礎設施負責。
Kayrros 是一家歐洲科技新創公司，利用 Copernicus Sentinel-5P 的數據以及現場數據和人工智慧來監測全球範圍內的甲烷甲烷監測平台。他們也關注超級排放者，並向能源公司、公共部門等提供數據。 Kayrros 創辦人兼總裁 Antoine Rostand 表示：“公司希望了解其排放量，以便遵守有關緩解措施和甲烷水平的法規。”該公司還將與世界上最大的能源組織國際能源論壇合作，開發一種甲烷測量方法，使能源部門能夠更準確地追蹤甲烷熱點，並制定更好的緩解目標，作為滿足巴黎氣候變遷計畫的一部分。
改善衛星觀測並減少不確定性將有助於推動甲烷減排，目前該計畫仍處於早期階段。 「我們仍然需要對資料進行大量過濾——只有在沒有雲層幹擾的情況下，我們才能對甲烷排放量進行一些描述。但隨著新衛星和其他更高解析度的小型衛星的計劃，我們將看到這些儀器將及時改進它們的測量，」阿本博士說。
量化甲烷排放仍然是一個挑戰
儘管進行了觀測，但 2020 年甲烷濃度較高仍有爭議。 「我們真的不知道原因，」法國伊維特河畔吉夫氣候與環境科學實驗室的科學家 Frederic Chevallier 博士說，他說很難將濃度增加歸因於單一因素。甲烷的天然來源如何對氣候變遷做出反應還需要更多的研究，看看降雨量和溫度的變化是否會引發更多的甲烷釋放。 「一些研究表明，隨著溫度升高，濕地釋放出更多的甲烷，」阿本博士說。
然而，全球碳計畫表示，回顧過去，天然來源的甲烷排放量似乎並沒有比 2000 年至 2006 年的平均值高出多少。另一方面，由於紅肉消費增加，農業排放量在 2017 年增加了約 12%，而化石燃料產生的甲烷則增加了 17%。
至少目前而言，減少石油和天然氣中的甲烷排放比說服人們開始少吃肉更簡單。採礦業擁有一系列新技術來取代舊基礎設施、減少洩漏和回收甲烷，因此他們需要數據來了解需要在哪裡採取行動。生產設施可以利用衛星觀測來發現和解決他們可能不知道的洩漏，最終可以節省金錢。 「但在對甲烷的監管變得更加明確之前，他們仍然不願意採取重大行動，」Kayross 的 Antoine Rostand 解釋道。但對牲畜來說，情況就更加複雜了──緩解策略著眼於改變反芻動物的飲食和改善農工業廢棄物的處理方式。一些解決方案包括厭氧消化以從糞便中捕獲甲烷或將海藻餵給牛，這研究者發現可以減少 82% 的甲烷排放。
測量甲烷對於推動富含甲烷的產業的變革仍然至關重要，特別是在40%的排放量根據國際能源總署的估計，無需額外成本即可緩解。聯合國和歐盟委員會的最新舉措是建立國際甲烷排放觀測站，旨在透過結合公司報告、衛星數據和科學研究來創建更完整的排放情況，從而改善甲烷監測。 「人們意識到他們可以利用這些測量結果做一些事情，」阿本博士說。 “一切正在慢慢開始，需要一段時間，但很明顯事情將會好轉。”
