Нови изследвания регистрират невидими емисии на метан от добив и пренос на изкопаеми горива

През последните десетилетия повишаващите се концентрации на метан и ефектите, които предизвиква парниковият газ в атмосферата, привлякоха вниманието на научната общност и международните организации, отговорни за смекчаването и адаптацията към климатичните промени. Същевременно, емисиите на метан от добив и пренос на изкопаеми горива са един от основните антропогенни източници и са слабо регулирани, а тяхното количество – подценено. Чрез съвременни методи и технологии за дистанционни наблюдения в глобален мащаб бяха разкрити съществени количества емисии по цялата верига на добив и транспорт на изкопаеми горива. Теренни изследвания разкриват възможността за множество по-малки, но продължителни емисии от газопреносната система на европейските държави. Възможността подобни емисии да оказват влияние върху концентрациите на метан на територията на България бе подкрепена и от изследване със спътникови данни за идентифициране на горещи точки, където обичайно се наблюдават по-високи концентрации на метан.

Развитието и модернизацията на технологиите за дистанционни изследвания през последните години спомагат за възможността за по-добро наблюдение на антропогенните емисии на парникови газове в глобален мащаб. Чрез спътникови данни бяха разкрити голям брой изтичания на метан от газопреносните системи, а най-големите емисии са в страни с голям добив и износ на изкопаеми горива. В Европа и България, големи емисии на метан от пренос и потребление се случват по-рядко. Съществуват и по-малки емисии, които не могат да бъдат засечени от спътникови изображения, но биват разкрити чрез наземни инструменти. Проучване на терен от Clean Air Task Force с инфрачервена камера засне течове на природен газ от обекти на газопреносната инфраструктура в редица европейски държави, от които Германия, Чехия, Италия, Великобритания, Унгария и България. Докато големите емисии често биват краткотрайни, подобни течове могат да бъдат дългосрочни. А предвид, че често липсва информация и изчисления за тяхното количество, е трудно да се определят негативни ефекти за околната среда от тях.

За да се проследи дали има пространствена връзка между българската газопреносна система и високи концентрации на метан, бе направен анализ за периода от 2019 – 2021 г. с над 800 дневни изображения заснети от спътника Sentinel 5P (Фиг. 2). По този начин бе създадена карта за територията на България с горещи точки, при които често се наблюдават високи концентрации. В изследването не се разглеждат индивидуални данни за емисии, а се изследва местоположението на концентрации, които са по-високи от средните дневни стойности за страната. 

Високите концентрации не са в резултат единствено на потенциални емисии от газопреносната система, но и от други антропогенни и естествени източници. Въпреки това, резултатите могат да послужат за идентификация на проблемни зони, където да бъде извършено допълнително проучване за установяване на източника. До момента липсва система за мониторинг на емисиите на метан в Европейския съюз, но има напредък към нейното изграждане, а именно това е първата стъпка при проверка и инвентаризация на емисиите.     

Освен локализиране, бързо отстраняване и предотвратяване на течове, предизвикани от неизправности и аварии, друга важна стъпка е забрана за рутинни изпускания и изгаряния на природен газ (който се състои от около 90% метан), с изключение на извънредни ситуации и при нужда от мерки за поддържане на безопасни условия на труд. За целта съществуват алтернативни практики, които ограничават емисии по време на профилактични и ремонтни дейности. Важно изискване е и смяната и модернизацията на компоненти, при които изпускането на газ е част от техния дизайн. 

Защо е важно да се ограничат емисиите?

Първите измервания на количеството метан в атмосферата са направени в средата на миналия век. В продължение на няколко десетилетия се е смятало, че метанът е непроменлив и стабилен компонент в атмосферата. С напредване на хроматографските техники от спорадични измервания през 60-те и 70-те години, заедно с последващи систематични изследвания, се стига до заключението, че има тенденциозно увеличение на атмосферните концентрации на парниковия газ. Метанът е много силен парников газ с до 28 пъти по-голям затоплящ ефект от въглеродния диоксид за период от 100 години. Естествени източници на метан са влажните зони и до по-малка степен емисии се отделят от сладководни басейни, пермафрост, диви животни и вегетация. Антропогенните източници на метан включват оризища, животновъдство, добив,  обработка и пренос на изкопаеми горива и горене на биомаса и биогорива. Животът на метана в атмосферата е около 10 години, тъй като навлиза в химични реакции с хидроксилни радикали (OH), a част от него се поглъща и от почвите. Именно 

увеличените антропогенни емисии надхвърлят способността на естествения механизъм на планетата да преработва метан 

и това е една от причините неговото количество да се увеличава. 

Интересен е периодът между 1999 и 2007 г., когато концентрациите на метан се запазват стабилни, но след това равновесието отново е нарушено. Рязката промяна изненадва учените дотолкова, че тя не е била включена в разработваните климатични модели при подготовката за Парижкото споразумение. Изследвания разкриват съществени разлики в антропогенните емисии между 2000 – 2005 и 2017 г., като се наблюдава ясно увеличение на емисиите от земеделие в Източна Азия/Океания, Африка и Южна Америка. По-високи емисии от енергийния сектор спрямо референтния период се наблюдават в Китай, Северна Америка, Африка, Южна Азия и Океания.

Макар и след десетилетия на изследвания, все още голяма част от процесите, предизвикани от метана в атмосферата остават с много неизвестни. Същевременно, антропогенните емисии на метан от добив на изкопаеми горива са слабо документирани и регулирани. Съответно, има спешна нужда от регулация на емисиите на метан в сектора на изкопаеми горива, което би могло да намали съществено броя на изтичанията чрез бързи и нискоструващи мерки.

Измерванията на количеството емисии от този източник до момента се извършваха чрез регионални и краткотрайни самолетни обследвания или изграждане на наземни системи в определени периоди от годината. Глобалните изследвания бяха ограничени до спорадични количествени данни от спътници с малка разделителна способност, чрез които е невъзможно проследяването на отделни източници. По този начин емисиите между различните изследвания остават до голяма степен незасечени.

Какви са резултатите от новата система за мониторинг на емисиите?

Международен екип от учени създаде методика, чрез която да обработва данните, за да извлича, не само потвърждение за наличието и местоположението на големи антропогенни източници, но и да изчислява тяхното количество. Изследването представя повече от 1200 отделни аномалии, като голяма част от тях са на територията на Русия, Туркменистан, САЩ, Близкия изток и Алжир (Фиг. 3), за периода 2019 – 2020 г.   

В България също има отчетена аномалия от националната газопреносна система

От представените данни в глобалната карта прави впечатление, че на територията на България също фигурира отчетена аномалия от националната газопреносна система. След картиране на газовата инфраструктура и извличане на данни от спътниковите изображения за периода, бе идентифицирана аномалията на територията на област Велико Търново (Фиг. 4). 

Датата на изображението е 17 февруари 2020 г., а чрез визуален анализ е видно, че източникът на аномалията са компресорна станция „Полски Сеновец“ и газоизмервателна станция „Лом Черковна“ (Фиг. 4). Концентрациите на метан в района на двата източника достигат близо 2000 частици на милиард, което е с над 100 единици над средните месечни стойности за страната. От направените изчисления е възможно общите емисиите от двете станции да достигат до 10 тона/час. Тези стойности са далеч от емисиите от над 150 тона/час в страни с висок добив, но имат потенциала да образуват облак в радиус от десетки километри. Важно е да се спомене, че метанът не е токсичен и увеличени концентрации в атмосферата не представляват заплаха за човешкото здраве.

Какви са причините за течовете?

Причините за непреднамерени емисии на метан от добив и транспорт на изкопаеми горива са предизвикани от влошени условия при процесите, свързани с контролни системи за съхранение, неизправности на компресори и системите за вентилация. Не липсват случаи, при които причината за течове на природен газ са в резултат на проблем на различно място от локацията на теча. По този начин системите за мониторинг, които наблюдават отделни компоненти, не отчитат правилно подобни течове и подценяват общото количество емисии. Емисии, предизвикани от неочаквани обстоятелства могат да бъдат трудно изчислени, като дори има вероятност да не бъдат установени за известен период от време, ако са в отдалечени и труднодостъпни райони. По този начин

остава неясно до каква степен газопреносните системи влияят на глобалните концентрации на метан.

Според изследвания в САЩ, големите емисии на територията на Пермския басейн са в резултат на недостатъчна инфраструктура за добив, обработка и транспорт. Липсата на изградени системи за инвентаризация, инвестиция в модернизация на газовата инфраструктура и мерки за ограничаване на преднамереното изпускане и горене на газ са предизвикани от слаба регулация и мониторинг на емисиите. Същевременно, инвестиции в модернизиране на инфраструктурата и рутинните практики могат да намалят количеството загубен природен газ, като това в повечето случаи е положително и от финансова гледна точка.

Изследванията на националната газопреносна система в България разкриват наличието на потенциалните емисии, но не и количеството загуби на гориво. Имайки предвид геополитическия контекст на вноса на природен газ в момента, остава неясно доколко загубените количества биха облекчили ситуацията в страната. Европа, като основен вносител на изкопаеми горива от региони с високи емисии на метан, допринася значително със своето потребление за повишените глобалните концентрации.  За да бъдат ефективни мерките за ограничаване на емисиите, е нужно те да бъдат прилагани не само на национално и европейско ниво, но и извън границите на континента. Добивът и потреблението на природен газ ще продължат да растат, а средните годишни концентрации на метан в атмосферата в момента са сходни с най-неблагоприятния климатичен сценарий (RCP8.5), отразяващ затопляне с 4,3 °C до 2100 г. През последното десетилетие метанът си извоюва нужното внимание като важен негативен фактор за глобалното затопляне, а едно от възможните решения засяга навременни мерки за ограничаване на антропогенните емисии от изкопаеми горива, без това задължително да има негативен икономически ефект.

Резултатите от картите за концентрации на метан са част от кампанията на За Земята срещу добива и използването на природен/изкопаем газ и представяне на алтернативи от възобновяеми енергийни източници. Допълнителна информация за кампанията тук. А до 1 юли в парка Заимов, в София се провежда и Фотографска изложба: Метанът – невидима заплаха за нашия климат. Повече информация за събитието тук.

Автор: Боян-Никола Зафиров / Климатека

Боян-Никола Зафиров е част от авторския екип на “Климатека”, той е завършил специалност Управление на риска от бедствия в университета „Ван Хал Ларенстейн” във Велп, Нидерландия. Работи като консултант по дистанционни изследвания. Професионалните му задължения са свързани с разработването на приложения за данни от дистанционни наблюдения на Земята при управление на природните ресурси и оценка на риска от природни явления като лавини, пожари и наводнения. Научните му интереси са в областта на проследяването на промени в екологичното състояние на защитени планински и горски екосистеми под влиянието на климатичните промени и антропогенните фактори.

В публикацията са използвани материали от:

1. T. Lauvaux et al., 2022, Global Assessment of Oil and Gas Methane Ultra-Emitters.
2. Daniel Zavala-Araiza et al., 2017, Super-emitters in natural gas infrastructure are caused by abnormal process conditions.
3. Daniel H. Cusworth et al., 2020, Multisatellite Imaging of a Gas Well Blowout Enables Quantification of Total Methane Emissions.
4. Joannes D. Maasakkers et al., 2019, Global distribution of methane emissions, emission trends, and OH concentrations and trends inferred from an inversion of GOSAT satellite data for 2010–2015.
5. Daniel H. Cusworth, et al., 2019, Potential of next-generation imaging spectrometers to detect and quantify methane point sources from space.
6. Qining Chen et al., 2022, Simulated Methane Emission Detection Capabilities of Continuous Monitoring Networks in an Oil and Gas Production Region.
7. Yuzhong Zhang et al., 2020, Quantifying methane emissions from the largest oil-producing basin in the United States from space.
8. Oliver Schneisinget al., 2020, Remote sensing of methane leakage from natural gas and petroleum systems revisited.
9. Jerome Barre. 2021, Systematic detection of local CH4 anomalies by combining satellite measurements with high-resolution forecasts.
10. Dave Reay, Pete Smith and André van Amstel, 2010, Methane and Climate Change.
11. Methane Guiding Principles, 2020, Reducing Methane Emissions: Best Practice Guide Identification, Detection, Measurement and Quantification.
12. Nisbet, E. G., Manning, M. R.,Dlugokencky, E. J., Fisher, R. E., Lowry, D., Michel, S. E., et al. (2019). Very strong atmospheric methane growth in the 4 years 2014–2017: Implications for the Paris Agreement.
13. M.A.K. Khalil, 2000, Atmospheric Methane: Its Role in the Global Environment.
14. Erik Crosman, 2021, Meteorological Drivers of Permian Basin Methane Anomalies Derived from TROPOMI.
15. Lena Höglund-Isaksson et al., 2020, Technical potentials and costs for reducing global anthropogenic methane emissions in the 2050 timeframe –results from the GAINS model.
16. United Nations Environment Programme and Climate and Clean Air Coalition (2021). Global Methane Assessment: Benefits and Costs of Mitigating Methane Emissions. Nairobi: United Nations Environment Programme.