Methan als Treibhausgas

Methan ist ein Hauptbestandteil von Erdgas, aber seine chemischen und physikalischen Eigenschaften machen es auch zu einem starken Treibhausgas und einem besorgniserregenden Beitrag zur globalen Entwicklung Klimawandel.

Ein Methanmolekül, CH₄besteht aus einem zentralen Kohlenstoffatom, das von vier Wasserstoffatomen umgeben ist. Methan ist ein farbloses Gas, das normalerweise auf zwei Arten gebildet wird:

• Biogenes Methan wird von Mikroorganismen produziert, die bestimmte Arten von Zuckern unter Bedingungen abbauen, bei denen kein Sauerstoff vorhanden ist. Dieses biologisch erzeugte Methan kann unmittelbar nach seiner Herstellung an die Atmosphäre abgegeben werden, oder es kann sich in feuchtem Sediment ansammeln, um später freigesetzt zu werden.
• Thermogenes Methan wurde gebildet, als organische Stoffe tief unter geologischen Schichten und über Millionen von Jahren vergraben und dann durch Druck und hohe Temperaturen abgebaut wurden. Diese Art von Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und macht 70 bis 90% davon aus. Propan ist ein häufiges Nebenprodukt in Erdgas.

Biogenes und thermogenes Methan können unterschiedliche Ursprünge haben, haben jedoch die gleichen Eigenschaften, wodurch beide wirksame Treibhausgase sind.

Methan zusammen mit Kohlendioxid und andere Moleküle, trägt wesentlich zum Treibhauseffekt. Von der Sonne reflektierte Energie in Form von längerwelliger Infrarotstrahlung regt Methanmoleküle an, anstatt in den Weltraum zu gelangen. Dies erwärmt die Atmosphäre so weit, dass Methan aufgrund von Treibhausgasen, die hinter Kohlendioxid an zweiter Stelle stehen, zu etwa 20% der Erwärmung beiträgt.

Wegen des chemische Bindungen Innerhalb seines Moleküls absorbiert Methan Wärme viel effizienter als Kohlendioxid (bis zu 86-mal mehr), was es zu einem sehr starken Treibhausgas macht. Glücklicherweise kann Methan in der Atmosphäre nur etwa 10 bis 12 Jahre halten, bevor es oxidiert und in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt wird. Kohlendioxid hält Jahrhunderte an.

Laut dem Environmental Protection Agency (EPA)die Menge an Methan in der Atmosphäre hat sich vervielfacht seit der industriellen Revolution von geschätzten 722 Teilen pro Milliarde (ppb) im Jahr 1750 auf 1834 ppb im Jahr 2015 gewachsen. Die Emissionen aus vielen entwickelten Teilen der Welt scheinen sich jedoch inzwischen abgeflacht zu haben.

In den USA stammen die Methanemissionen hauptsächlich aus der Industrie für fossile Brennstoffe. Methan wird nicht wie Kohlendioxid bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt, sondern bei der Gewinnung, Verarbeitung und Verteilung fossiler Brennstoffe. Methan tritt aus Erdgasbohrköpfen, in Verarbeitungsbetrieben, aus fehlerhaften Rohrleitungsventilen und sogar im Verteilungsnetz aus, das Erdgas zu Haushalten und Unternehmen bringt. Dort tritt weiterhin Methan aus Gaszählern und gasbetriebenen Geräten wie Heizungen und Öfen aus.

Einige Unfälle ereignen sich beim Umgang mit Erdgas, wodurch große Gasmengen freigesetzt werden. Im Jahr 2015 wurden sehr große Mengen Methan aus einem Lager in Kalifornien freigesetzt. Das Leck auf der Porter Ranch dauerte Monate und gab fast 100.000 Tonnen Methan an die Atmosphäre ab.

Die zweitgrößte Quelle für Methanemissionen in den Vereinigten Staaten ist die Landwirtschaft. Bei einer globalen Bewertung stehen landwirtschaftliche Aktivitäten tatsächlich an erster Stelle. Erinnern Sie sich an jene Mikroorganismen, die unter Bedingungen, in denen Sauerstoff fehlt, biogenes Methan produzieren? Pflanzenfressende Viehdärme sind voll davon. Kühe, Schafe, Ziegen und sogar Kamele haben methanogene Bakterien im Magen, um die Verdauung von Pflanzenmaterial zu unterstützen, was bedeutet, dass sie gemeinsam sehr große Mengen Methangas abgeben. Dies ist kein untergeordnetes Problem, da Schätzungen zufolge 22% der Methanemissionen in den USA aus Nutztieren stammen.

Eine weitere landwirtschaftliche Methanquelle ist die Reisproduktion. Reisfelder enthalten auch methanproduzierende Mikroorganismen, und die feuchten Felder setzen etwa 1,5% der globalen Methanemissionen frei. Da die menschliche Bevölkerung wächst und damit die Notwendigkeit, Lebensmittel anzubauen, und die Temperaturen mit dem Klimawandel steigen, wird erwartet, dass die Methanemissionen aus Reisfeldern weiter zunehmen werden. Die Anpassung der Reisanbaupraktiken kann zur Linderung des Problems beitragen: vorübergehende Wasserentnahme in der Zwischensaison, z Zum Beispiel macht es einen großen Unterschied, aber für viele Landwirte kann das lokale Bewässerungsnetzwerk das nicht aufnehmen Veränderung.

Organische Stoffe, die sich tief in einer Deponie zersetzen, produzieren Methan, das normalerweise abgelassen und in die Atmosphäre freigesetzt wird. Es ist wichtig genug, dass Deponien laut EPA die drittgrößte Quelle für Methanemissionen in den USA sind. Glücklicherweise erfassen immer mehr Einrichtungen das Gas und leiten es zu einer Anlage, in der mit einem Kessel Strom aus diesem Abgas erzeugt wird.

Während sich die arktischen Regionen schnell erwärmen, wird Methan auch ohne direkte menschliche Aktivität freigesetzt. Die arktische Tundra enthält zusammen mit ihren zahlreichen Feuchtgebieten und Seen große Mengen torfartiger toter Vegetation, die in Eis und Permafrost eingeschlossen ist. Wenn diese Torfschichten auftauen, nimmt die Aktivität der Mikroorganismen zu und Methan wird freigesetzt. In einer störenden Rückkopplungsschleife wird es umso wärmer, je mehr Methan sich in der Atmosphäre befindet, und desto mehr Methan wird aus dem auftauenden Permafrost freigesetzt.

Um die Unsicherheit zu erhöhen, kann ein weiteres besorgniserregendes Phänomen unser Klima sehr schnell weiter stören. Unter arktischen Böden und tief in den Ozeanen sind große Methankonzentrationen in einem eisartigen Netz aus Wasser eingeschlossen. Die resultierende Struktur wird als Clathrat oder Methanhydrat bezeichnet. Große Ablagerungen von Clathrat können durch wechselnde Strömungen, Erdrutsche unter Wasser, Erdbeben und Erwärmungstemperaturen destabilisiert werden. Der plötzliche Zusammenbruch großer Methan-Clathrat-Ablagerungen, aus welchen Gründen auch immer, würde viel Methan in die Atmosphäre abgeben und eine schnelle Erwärmung verursachen.

Als Verbraucher besteht der effektivste Weg zur Senkung der Methanemissionen darin, unseren Energiebedarf für fossile Brennstoffe zu senken. Zusätzliche Anstrengungen umfassen die Wahl einer Diät mit wenig rotem Fleisch, um die Nachfrage nach Methan zu verringern Rinder und Kompostierung, um die Menge an organischen Abfällen zu verringern, die auf Mülldeponien verbracht werden, wo sie entstehen würden Methan.