Удаление метана из атмосферы
Удаление метана из атмосферы — это категория потенциальных подходов, которые исследуются для ускорения распада метана , находящегося в атмосфере, с целью смягчения некоторых последствий изменения климата . [1]
Содержание метана в атмосфере увеличилось с доиндустриальных времен с 0,7 до 1,9 частей на миллион. [2] С 2010 по 2019 год выбросы метана вызвали 0,5 °C (около 30%) наблюдаемого глобального потепления . [3] [4] В 2017 году глобальные выбросы метана приблизились к рекордным 600 Тг CH 4 в год. [1]
Естественные поглотители метана в атмосфере
[ редактировать ]
Метан имеет ограниченное время жизни в атмосфере, около 10 лет, из-за значительных поглотителей метана . Первичным стоком метана является атмосферное окисление за счет гидроксильных радикалов (~90% общего стока) и радикалов хлора (0-5% общего стока). Остальное потребляется метанотрофами и другими метанокисляющими бактериями и археями в почвах (~5%). [5]
Возможные подходы
[ редактировать ]Различные методы удаления метана из атмосферы включают термокаталитическое окисление, фотокаталитическое окисление, биологическое метанотрофное удаление метана, концентрирование цеолитами или другими пористыми твердыми веществами и мембранное разделение. [6]
Потенциальные методы можно классифицировать по основному каталитическому процессу или потенциальной форме применения.
Усиленное окисление метана в атмосфере
[ редактировать ]Усиленное окисление атмосферного метана — это концепция увеличения общего окислительного поглощения метана в атмосфере за счет образования дополнительных гидроксильных или хлорных атмосферных радикалов .
Аэрозоли солей железа
[ редактировать ]Аэрозоли солей железа являются одним из предлагаемых методов усиленного окисления метана в атмосфере, который включает в себя подъем частиц на основе железа в атмосферу (например, с самолетов). [7] или корабли) для увеличения количества радикалов хлора в атмосфере, естественного поглотителя метана. [8] Ветры над Сахарой поднимают пыль в тропосферу и рассеивают ее над Атлантикой. [9] Исследование 2023 года предполагает, что это способствовало естественному окислению метана в атмосфере. [10] [11]
Аэрозоли солей железа изучаются на предмет способности хлорида железа(III) (FeCl 3 ) катализировать образование радикалов хлора. [12] Атомы хлора образуются в результате фотолиза FeCl 3 , образующегося из железосодержащих аэрозольных океана частиц воздушной пыли в пограничном слое . [13]
- FeCl 3 + hv → FeCl 2 + тот кл
Атомы хлора инициируют окисление метана:
- СН 4 + тот Cl → HCl + тот СН 3
Образующийся метиловый радикал нестабилен и естественным образом окисляется до CO 2 и воды:
- 3,5О2 2 + тот СН 3 → 2СО 2 + 3Н 2 О
Побочные действия хлорида железа
[ редактировать ]Мелкие частицы, рассеянные в атмосфере, могут служить ядрами конденсации облаков и тем самым вызывать посветление морских облаков. [14]
Со временем все частицы FeCl 3 вымываются из воздуха и попадают на сушу или воду, где растворяются в соединения железа и соли. [12]
Следовательно, аэрозоли солей железа также могут способствовать удобрению железом .
Улучшение наземных метанотрофов
[ редактировать ]Почвенные бактерии и археи составляют примерно 5% естественного поглотителя метана. В настоящее время проводятся ранние исследования того, как можно повысить активность этих бактерий либо за счет внесения удобрений в почву, либо за счет введения отобранных или специально разработанных бактерий, окисляющих метан. [15]
Каталитические инженерные системы
[ редактировать ]Каталитические системы предназначены для пропускания воздуха из атмосферы пассивно или активно через каталитические системы, которые используют энергию солнца, искусственного света или тепла для окисления метана. Эти катализаторы включают термокатализаторы, фотокатализаторы и радикалы, полученные искусственно посредством фотолиза (с использованием света для разрушения молекулы). [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Джексон, Роберт (2021). «Удаление метана из атмосферы: программа исследований» . Философские труды А. 379 (20200454). Бибкод : 2021RSPTA.37900454J . дои : 10.1098/rsta.2020.0454 . ПМЦ 8473948 . ПМИД 34565221 .
- ^ «Рост количества метана может быть признаком того, что климат Земли находится на полпути к «переходному уровню» » . 14 августа 2023 г.
- ^ «Рисунок AR6 WG1» . ipcc.ch. Проверено 5 октября 2023 г.
- ^ «Метан и изменение климата» .
- ^ Сонуа, Мариэль; Ставерт, Энн Р.; Поултер, Бен; Буске, Филипп; Канаделл, Джозеф Г.; Джексон, Роберт Б.; Раймонд, Питер А.; Длугокенский, Эдвард Дж.; Хаувелинг, Сандер; Патра, Прабир К.; Сиаис, Филип; Арора, Вивек К.; Баствикен, Дэвид; Бергамаски, Питер; Блейк, Дональд Р. (15 июля 2020 г.). «Глобальный бюджет метана 2000–2017 гг.» . Данные науки о системе Земли . 12 (3): 1561–1623. Бибкод : 2020ESSD...12.1561S . doi : 10.5194/essd-12-1561-2020 . ISSN 1866-3508 .
- ^ Нисбет-Джонс, Питер БР; Фернандес, Джулианна М.; Фишер, Ребекка Э.; Франция, Джеймс Л.; Лоури, Дэвид; Уолтем, Дэвид А.; Вулли Мейш, Церера А.; Нисбет, Юан Г. (24 января 2022 г.). «Является ли уничтожение или удаление атмосферного метана целесообразным вариантом?» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 380 (2215). Бибкод : 2022RSPTA.38010108N . дои : 10.1098/rsta.2021.0108 . ПМЦ 8646139 . ПМИД 34865528 .
- ^ AG по удалению атмосферного метана (8 марта 2024 г.). «Рассеивание самолетами» . amr.земля .
- ^ «Аэрозоли солей железа — удаление метана из атмосферы» . www.sparkclimate.org . Проверено 9 апреля 2024 г.
- ^ Рэдфорд, Тим (16 июля 2014 г.). «Пыль пустыни питает жизнь глубокого океана» . Ежедневный климат .
- ^ «Искра Климатические Решения» . www.sparkclimate.org . Проверено 5 октября 2023 г.
- ^ ван Херпен, Мартен; и др. (2023). «Фотокаталитическое производство атомов хлора из минеральной пыли и морских аэрозолей над Северной Атлантикой» . ПНАС . 120 (31): e2303974120. Бибкод : 2023PNAS..12003974V . дои : 10.1073/pnas.2303974120 . ПМЦ 10400977 . ПМИД 37487065 .
- ^ Перейти обратно: а б Франц Д. Оэсте; Рено де Рихтер; Тинчжэнь Мин (2017). «Климатическая инженерия путем имитации климат-контроля природной пыли: метод аэрозоля солей железа» . Динамика системы Земли . 8 (1): 1–54. Бибкод : 2017ESD.....8....1O . дои : 10.5194/esd-8-1-2017 .
- ^ Оум К.В., Лакин М.Дж., ДеХаан Д.О., Брауэрс Т., Финлейсон-Питтс Б.Дж. (2 января 1998 г.). «Образование молекулярного хлора в результате фотолиза озона и водных частиц морской соли» . Наука . 279 (5347): 74–77. Бибкод : 1998Sci...279...74O . дои : 10.1126/science.279.5347.74 . ПМИД 9417027 .
- ^ Мейс, Джеральд Г. (1 февраля 2023 г.). «Естественное морское облако, светлеющее в Южном океане» . ЕГУ «Химия и физика атмосферы» . 23 (1677–1685): 74–77. дои : 10.5194/acp-23-1677-2023 .
- ^ Перейти обратно: а б Джексон, Роберт Б.; Абернети, Сэм; Канаделл, Хосеп Г.; Карньелло, Маттео; Дэвис, Стивен Дж.; Ферон, Сара; Фусс, Сабина; Хейер, Александр Дж.; Хонг, Чаопэн; Джонс, Крис Д.; Дэймон Мэтьюз, Х.; О'Коннор, Фиона М.; Пишотта, Максвелл; Рода, Ханна М.; де Рихтер, Рено (15 ноября 2021 г.). «Удаление метана из атмосферы: программа исследований» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 379 (2210): 20200454. Бибкод : 2021RSPTA.37900454J . дои : 10.1098/rsta.2020.0454 . ISSN 1364-503X . ПМЦ 8473948 . ПМИД 34565221 .