Methaan als broeikasgas

Methaan is een belangrijk bestanddeel van aardgas, maar door zijn chemische en fysische eigenschappen is het ook een krachtig broeikasgas en een zorgwekkende bijdrage aan de wereldwijde klimaatverandering.

Een methaanmolecuul, CH₄is gemaakt van een centraal koolstofatoom omgeven door vier waterstofatomen. Methaan is een kleurloos gas dat gewoonlijk op twee manieren wordt gevormd:

• Biogeen methaan wordt geproduceerd door micro-organismen die bepaalde soorten suikers afbreken in omstandigheden waarin zuurstof afwezig is. Dit biologisch geproduceerde methaan kan direct na productie in de atmosfeer worden afgegeven, of het kan zich ophopen in nat sediment om later vrij te komen.
• Thermogeen methaan werd gevormd toen organisch materiaal diep onder geologische lagen en gedurende miljoenen jaren werd begraven, en vervolgens afgebroken door druk en hoge temperaturen. Dit type methaan is het belangrijkste bestanddeel van aardgas en maakt er 70 tot 90% van uit. Propaan is een veel voorkomend bijproduct dat voorkomt in aardgas.

Biogeen en thermogeen methaan kunnen verschillende oorsprong hebben, maar ze hebben dezelfde eigenschappen, waardoor ze beide effectieve broeikasgassen zijn.

Methaan, samen met kooldioxide en andere moleculen, draagt ​​aanzienlijk bij aan de broeikaseffect. Gereflecteerde energie van de zon in de vorm van infraroodstraling met een langere golflengte wekt methaanmoleculen op in plaats van de ruimte in te reizen. Dit verwarmt de atmosfeer, genoeg dat methaan bijdraagt ​​aan ongeveer 20% van de opwarming door broeikasgassen, wat belangrijker is dan kooldioxide.

Vanwege de chemische bindingen binnen zijn molecuul is methaan veel efficiënter in het absorberen van warmte dan koolstofdioxide (tot wel 86 keer meer), waardoor het een zeer krachtig broeikasgas is. Gelukkig kan methaan slechts ongeveer 10 tot 12 jaar in de atmosfeer blijven voordat het oxideert en verandert in water en kooldioxide. Kooldioxide gaat eeuwen mee.

Volgens de Environmental Protection Agency (EPA), de hoeveelheid methaan in de atmosfeer is vermenigvuldigd sinds de industriële revolutie, gegroeid van naar schatting 722 delen per miljard (ppb) in 1750 naar 1834 ppb in 2015. De emissies uit veel ontwikkelde delen van de wereld lijken nu echter te zijn afgevlakt.

In de Verenigde Staten is de methaanemissie voornamelijk afkomstig van de fossiele brandstofindustrie. Methaan komt niet vrij bij de verbranding van fossiele brandstoffen, zoals bij kooldioxide, maar bij de winning, verwerking en distributie van fossiele brandstoffen. Methaan lekt uit de putten van aardgas, bij verwerkingsfabrieken, uit defecte pijpleidingkleppen en zelfs in het distributienet dat aardgas naar woningen en bedrijven brengt. Eenmaal daar blijft methaan uit gasmeters en gasgestookte apparaten zoals kachels en kachels lekken.

Sommige ongevallen gebeuren bij de behandeling van aardgas, waardoor grote hoeveelheden gas vrijkomen. In 2015 kwamen zeer grote hoeveelheden methaan vrij uit een opslagfaciliteit in Californië. Het lek in Porter Ranch duurde maanden en stootte bijna 100.000 ton methaan uit in de atmosfeer.

De op één na grootste bron van methaanemissies in de Verenigde Staten is de landbouw. Bij wereldwijde evaluatie staan ​​landbouwactiviteiten op de eerste plaats. Herinner je je die micro-organismen die biogeen methaan produceren in omstandigheden waar zuurstof ontbreekt? Plantenetende ingewanden van vee zitten er vol mee. Koeien, schapen, geiten en zelfs kamelen hebben methanogene bacteriën in hun maag om plantaardig materiaal te helpen verteren, wat betekent dat ze gezamenlijk zeer grote hoeveelheden methaangas doorlaten. En het is geen klein probleem, aangezien naar schatting 22% van de methaanemissies in de Verenigde Staten afkomstig is van vee.

Een andere agrarische bron van methaan is de productie van rijst. Rijstvelden bevatten ook methaanproducerende micro-organismen en de drassige velden geven ongeveer 1,5% van de wereldwijde methaanemissies vrij. Naarmate de menselijke bevolking groeit en daarmee de behoefte om voedsel te verbouwen, en naarmate de temperatuur stijgt met de klimaatverandering, wordt verwacht dat de methaanemissies uit rijstvelden zullen blijven toenemen. Het aanpassen van rijstteeltmethoden kan het probleem helpen verlichten: tijdelijk water aftappen halverwege het seizoen, voor maakt bijvoorbeeld een groot verschil, maar voor veel boeren is het lokale irrigatienetwerk niet geschikt verandering.

Organisch materiaal dat diep in een stortplaats uiteenvalt, produceert methaan, dat normaal gesproken wordt afgevoerd en in de atmosfeer wordt afgegeven. Het is een belangrijk genoeg probleem dat stortplaatsen volgens de EPA de op twee na grootste bron van methaanemissies in de Verenigde Staten zijn. Gelukkig vangen steeds meer installaties het gas op en leiden het naar een installatie die een ketel gebruikt om met dat afvalgas elektriciteit te produceren.

Als Arctische gebieden snel opwarmen, komt er methaan vrij, zelfs als er geen directe menselijke activiteit is. De Arctische toendra bevat, samen met zijn talrijke wetlands en meren, grote hoeveelheden turfachtige dode vegetatie opgesloten in ijs en permafrost. Terwijl die lagen van turf ontdooien, neemt de activiteit van micro-organismen toe en komt methaan vrij. In een lastige feedbacklus, hoe meer methaan er in de atmosfeer zit, hoe warmer het wordt en hoe meer methaan vrijkomt uit de ontdooiende permafrost.

Om de onzekerheid te vergroten, heeft een ander zorgwekkend fenomeen de potentie om ons klimaat zeer snel verder te verstoren. Onder arctische bodems en diep in de oceanen zitten grote concentraties methaan gevangen in een ijsachtig maas van water. De resulterende structuur wordt een clathraat of methaanhydraat genoemd. Grote afzettingen van clathraat kunnen worden gedestabiliseerd door veranderende stromingen, aardverschuivingen onder water, aardbevingen en opwarmingstemperaturen. De plotselinge ineenstorting van grote methaanclathraatafzettingen, om welke reden dan ook, zou veel methaan in de atmosfeer afgeven en een snelle opwarming veroorzaken.

Als consument is de meest effectieve manier om de uitstoot van methaan te verminderen, door het verminderen van onze energiebehoeften voor fossiele brandstoffen. Extra inspanningen zijn onder meer het kiezen van een dieet met weinig rood vlees om de vraag naar methaanproductie te verminderen vee en compostering om de hoeveelheid organisch afval dat naar stortplaatsen wordt gestuurd waar het zou produceren, te verminderen methaan.