Способы получения метана: Метан: способы получения и свойства

Содержание

Метан: способы получения и свойства

Метан CH4 – это предельный углеводород, содержащий один атом углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, легче воды, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

 

 

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН2– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Самый первый представитель гомологического ряда алканов – метан CH4, или Н–СH2–H.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН2– в углеводородную цепь алкана.

Название алкана Формула алкана
Метан CH4
Этан C2H6
Пропан C3H8
Бутан C4H10
Пентан C5H12
Гексан C6H14
Гептан C7H16
Октан C8H18
Нонан C9H20
Декан C10H22

Общая формула гомологического ряда алканов CnH2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества. 

 

 

 

В молекуле метана встречаются связи C–H. Связь C–H ковалентная слабополярная. Это одинарная σ-связь. Атом углерода в метане образует  четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атома углерода в молекуле метана– sp3:

 

При образовании связи  С–H происходит перекрывание sp3-гибридной орбитали атома углерода и s-орбитали атома водорода:

Четыре sp3-гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109о 28′  друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.

 

Например, в молекуле метана CH4 атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах тетраэдра, центром которого является атом углерода

 

 

 

 

Для  метана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных. 

 

Метан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

  • разложения,
  • замещения,
  • окисления.

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для метана характерны только радикальные реакции.

Метан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

 

1. Реакции замещения

Для метана характерны реакции радикального замещение.

 

1.1. Галогенирование

Метан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании метана сначала образуется хлорметан:

Хлорметан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорметана, трихлорметана и тетрахлорметана:

 

 

Химическая активность хлора  выше, чем активность брома, поэтому хлорирование протекает быстро и неизбирательно.

 

Бромирование протекает более медленно.

 

Реакции замещения в алканах протекают по свободнорадикальному механизму.

 Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат неспаренный электрон.

Первая стадия. Инициирование цепи.

Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена разрывается на два радикала:

Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.

Вторая стадия. Развитие цепи.

Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород.

При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с новой нераспавшейся молекулой хлора:

Третья стадия. Обрыв цепи.

При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами, образуя молекулы, радикальный процесс обрывается.

Могут столкнуться как одинаковые, так и разные радикалы, в том числе два метильных радикала:

 

1.2. Нитрование метана

Метан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании до 140оС и под давлением.  Атом водорода в метане замещается на нитрогруппу NO2.

 

Например. При нитровании метана образуется преимущественно нитрометан:

CH4 + HNO3 = CH3NO2 + H2O

2. Реакции разложения метана (дегидрирование, пиролиз)

При медленном и длительном нагревании до 1500

оС метан разлагается до простых веществ:

Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен:

Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена.

3. Окисление метана

 

Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

 

3.1. Полное окисление – горение

Алканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты.

CH4 + 2O2  → CO2 + 2H2O + Q

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

CnH2n+2 + (3n+1)/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O + Q

При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода:

CH4 + O2 → C + 2H2O

Эта реакция используется для получения сажи.

 

3.2. Каталитическое окисление

 

  • При каталитическом окислении метана кислородом возможно образование различных продуктов в зависимости от условий проведения процесса и катализатора. Возможно образование метанола, муравьиного альдегида или муравьиной кислоты:

  • Важное значение в промышленности имеет паровая конверсия метана: окисление метана водяным паром при высокой температуре.

Продукт реакции – так называемый  «синтез-газ».

 

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Это один из лабораторных способов получения алканов. При этом происходит удвоение углеродного скелета.  Реакция больше подходит для получения симметричных алканов. Получить таким образом метан нельзя.

2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминия

 

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3CH4

Этот способ получения используется в лаборатории для получения метана.

 

3. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

 

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH  R–H + Na2CO3

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe)  соли органической кислоты.

При взаимодействии ацетата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется метан и карбонат натрия:

 

4. Синтез Фишера-Тропша

 Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:

nCO + (3n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O

Это промышленный процесс получения алканов.

Синтезом Фишера-Тропша можно получить метан:

CO + 4H2 = CH4 + 2H2O

 

5. Получение метана в промышленности

 

В промышленности метан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа. При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы.

 

основные характеристики. Получение метана в лаборатории, промышленности и в домашних условиях

Простейшее углеводородное соединение – метан – используется в промышленности, на транспорте, в быту, находя широкое применение и как сырье для органического синтеза, и в качестве конечного продукта. Потребность в метане испытывают многие отрасли хозяйства, и его производство постоянно расширяется.

Общая характеристика метана

Метан представляет собой легкий бесцветный горючий газ без запаха. Распространен в природе как основной компонент природного газа и попутных нефтяных газов. Химическая формула – .

В атмосферу метан поступает в составе вулканических газов, а также является продуктом жизнедеятельности ряда микроорганизмов. В форме газогидратов в значительных количествах содержится на дне океанов и в многолетней мерзлоте. Является одним из важнейших парниковых газов.

Как представитель ряда предельных углеводородов проявляет низкую химическую активность. Вследствие малой растворимости в воде и химической инертности метан считается малотоксичным веществом (класс опасности – IV), но при высокой концентрации в воздухе (4,4 — 17%) взрывоопасен, а дальнейшее повышение содержания метана приводит к удушью от недостатка кислорода.

Физические свойства

Основные физические характеристики метана при нормальном атмосферном давлении приведены в таблице.

Получение метана

Промышленное производство и получение метана в лаборатории проводятся разными методами. Существуют также способы получения газа в домашних условиях, например, в частном хозяйстве для удовлетворения потребности в топливе.

Промышленные методы получения метана

Поскольку газ в больших количествах поступает при добыче нефтегазового сырья, способы его производства нацелены не на искусственный синтез, а на выделение в процессах переработки нефти и газа. Кроме того, метан может быть получен при технологической обработке каменноугольного сырья.

Очистка и переработка природного газа

Метан – главный компонент такого важного вида горючих полезных ископаемых, как природный газ. Содержание метана в газе различных месторождений составляет 70-98%.

После очистки от твердых частиц и примесей (сероводород, азот, углекислый газ, гелий) и осушки (отделения водяных паров) природный газ подвергается низкотемпературному фракционированию. Более тяжелые углеводородные компоненты газа – этан, пропан и бутан – переходят в жидкую фазу при более высоких температурах, чем метан, и последовательно отделяются от него в конденсационной колонне.

Переработка нефти и попутного газа

В процессах термического разложения (пиролиза) высокомолекулярных алканов, входящих в состав нефти, в числе продуктов получают метан:

Метан входит в состав газа, отделяемого от сырой нефти в процессе крекинга (разложения при высоком давлении и температурах около 450 — 550 ℃ либо с использованием катализатора). Кроме того, метан составляет значительную долю попутных газов, от которых его отделяют методом сепарации.

Переработка каменного угля
  1. Коксование угля. Большое количество метана (в среднем 34%) содержится в коксовом газе, образующемся при термической переработке угольного сырья. В числе прочих углеводородов метан отделяется от шихты при .
  2. Гидрирование угля. Метан образуется при обработке угольной массы водородом (ожижение угля с целью получения жидкого топлива). Реакции идут на металлическом катализаторе:

Лабораторный синтез метана

В лабораторной практике используются два основных способа получения метана:

  1. гидролиз карбида алюминия;
  2. щелочное плавление ацетата натрия.
Взаимодействие карбида алюминия с водой (метод Муассана)

Неорганическое бинарное соединение с кристаллической структурой в реакции с водой разлагается с образованием метана и нерастворимого гидроксида алюминия:

Реакция необратима и служит простым и удобным способом получения газа в лабораторных условиях.

Взаимодействие ацетата натрия с щелочью (метод Дюма)

Еще один простой лабораторный способ получения метана – прокаливание натриевой соли уксусной кислоты с едким натром :

Подробное рассмотрение лабораторного процесса показывает, как с помощью щелочи получить метан из ацетата натрия.

Присутствие воды препятствует этой реакции, поэтому уксуснокислый натрий должен быть обезвожен, а гигроскопичный гидроксид натрия – смешан с негашеной известью (оксидом кальция). Такая смесь носит название натронной извести. В реакционной смеси она должна присутствовать с избытком 1:3, чтобы обеспечить полное использование ацетата натрия.

Порошки реагентов хорошо перемешиваются и помещаются в колбу с отводной трубкой или в пробирку. Выделяющийся газ собирают по методу вытеснения воды в пробирку. При нагревании колбы на пламени горелки используется асбестовая сетка. Пробирку нагревают на открытом пламени. Для улавливания примесей может использоваться промывная склянка с раствором щелочи. Для проверки результата опыта газ в пробирке поджигается.

Варианты сборки прибора для получения метана в лаборатории изображены на рисунке.

Получение метана в домашних условиях

Метан можно получать и как продукт биологических процессов. Он выделяется в ходе обмена веществ особыми анаэробными микроорганизмами – бактериями-метаногенами. Они широко распространены в органических отходах животного и растительного происхождения.

Поскольку метан может применяться в качестве горючего для водонагревательных установок, печей и кухонного оборудования, в частных хозяйствах, располагающих большим количеством отходов, становится выгодным самостоятельное получение из них метана и его использование.

Получение из органических отходов животноводства

Метаногены обитают в кишечном тракте позвоночных и принимают участие в пищеварительном процессе. Поэтому в хозяйствах, занимающихся разведением крупного рогатого скота, свиней или домашней птицы, отходы жизнедеятельности животных могут быть переработаны с помощью биогазовых установок. Неразложимый остаток служит органическим удобрением.

Технология получения биогенного метана состоит из нескольких этапов:

  1. анаэробное брожение биомассы в специальном резервуаре – ферментере, или биореакторе, с соблюдением температурного режима;
  2. отвод выделяющейся газовой смеси, в которой доля метана составляет до 70%;
  3. транспортировка биогаза к оборудованию-потребителю;
  4. регулярная выгрузка отработанной массы и загрузка биореактора новым сырьем.

В некоторых установках предусмотрена система очистки биогаза от примесей – углекислого газа и сероводорода.

Получение из древесины

В качестве сырья для биогазовой технологии могут использоваться и растительные отходы, такие как древесная щепа. Пригодна для использования в биореакторе некондиционная древесина (например, пораженная вредителями или пострадавшая от пожаров), а также отходы лесозаготовок – ветки, кора и пр.

Так как древесина содержит смолы, в установках по ее переработке нужно применять катализаторы для очистки газа. В качестве катализатора подходят шлаки металлургических производств, особенно эффективны мартеновские шлаки.

Эффективность синтеза биометана

В среднем переработка 1 кг биомассы, разложимой на 70%, дает:

Эффективность выработки биогаза зависит от поддержания нужной температуры ферментации, поэтому в холодных регионах работа биогазовой установки потребует дополнительных затрат на подогрев и устройство надежной теплоизоляции. Большую роль играет биохимическое равновесие: выход газа снижается при возрастании кислотности. В этом случае требуется добавление нейтрализующего агента.

Крупные фермерские хозяйства могут позволить себе привлечение специалистов, установку полностью автоматизированных биореакторов с большим выходом газа и получать дополнительный доход от его продажи.

Для эффективной работы установки необходимо бесперебойное поступление сырья, поэтому хозяйствам с малым количеством животных невыгодно заниматься производством биометана.  Если количество биомассы позволяет наладить синтез газа в небольшом хозяйстве, мини-установку для его производства можно сделать собственными силами. Следует помнить, что ее сооружение потребует серьезных вложений, составления технологической схемы, оформления документации, согласования с СЭС, пожарной и газовой инспекциями.

Если хозяйство имеет возможность установить биогазовый реактор, оно получает существенные выгоды:

  • экономия при затратах на энергию;
  • производство удобрения;
  • ликвидация отходов и оздоровление экологической обстановки на участке.

Это интересно:

Качественные реакции в органической химии

Основания в химии

Метан в органическом синтезе

Метан широко используется для получения многих востребованных соединений, таких как ацетилен, метанол или анилин.

Получение ацетилена из метана

В лабораторной практике проводится дегидрирование метана. Реакция требует сильного нагревания:

В промышленности используются такие методы, как:

  • Электрокрекинг:

  • Окислительный пиролиз (Заксе-процесс):

В этой реакции используется теплота частичного сгорания сырья, благодаря которой реакционная смесь разогревается до 1600 ℃ .

Получение метанола из метана

Метиловый спирт может быть получен:

  • Каталитическим окислением метана:

  • Двухступенчатым процессом, в ходе которого сначала получают хлорпроизводное метана, которое затем подвергается щелочному гидролизу:

Получение анилина из метана

Ароматическое соединение анилин получают в несколько стадий:

  1. Крекинг метана:
  2. Тримеризация ацетилена:
  3. Нитрование бензола:
  4. Восстановление нитробензола:

Заключение

Метан востребован во многих областях. Росту объемов его производства для различных нужд способствует достаточно высокая распространенность в природе. Однако метан производится не только на крупных промышленных предприятиях. Простота его получения с использованием биологических отходов стимулирует производство индивидуальными хозяйствами, что идет на пользу экологической обстановке, снижая бесконтрольное гниение отходов и выброс ценного продукта в атмосферу.

Примеры решения задач

1. Каков объем метана, выделяющегося при гидролизе карбида алюминия массой 12.5 г.?

Запишем уравнение реакции:

Найдем количество карбида алюминия, вступающего в реакцию, по формуле , где – n количество вещества, m– масса, M – молярная масса.

Из уравнения реакции видно, что . Следовательно, количество метана равно:

Молярный объем газа Vm при нормальных условиях составляет . Следовательно, объем метана будет равен:

2. Какова масса ацетата натрия, необходимого для получения 10 л метана?

Запишем уравнение реакции:

Используя знание молярного объема газа, составим пропорцию:

Вычислим количество получаемого метана:

Из него следует, что количество ацетата натрия равно количеству метана:

Рассчитаем массу ацетата натрия по формуле m=nM.

3. Сколько граммов ацетата натрия затрачено на получение 60 г метана при выходе продукта реакции 75%?

Запишем уравнение реакции:

Выход продукта равен отношению массы вещества, полученной на практике, к массе, рассчитанной по уравнению:

Вычислим расчетную массу метана:

Рассчитаем молярные массы ацетата натрия и метана:

Уравнение показывает, что количества вещества ацетата натрия и метана равны. Вычислим их:

Вычислим массу ацетата натрия:

Химия -> Предельные углеводороды -> Метан. Получение метана

Метан — газ без цвета и запаха, легче воздуха, малорастворим в воде. Предельные углеводороды способны гореть, образуя оксид углерода и воду. Метан горит бледным синеватым пламенем:CH4+2O2=2H2O. В смеси с воздухом (или с кислородом, особенно в соотношении по объему 1:2, что видно из уравнения реакции) метан образует взрывчатые смеси. По этому он опасен как в быту (утечка газа через краны), так и в шахтах. При неполном сгорании метана образуется сажа. Так ее получают в промышленных условиях. В присутствии катализаторов при окислении метана получают метиловый спирт и формальделу. При сильном нагревании метан распадается по уравнению:CH4=C+2H2. Впечах специальной конструкции распад метана может быть осуществлен до промежуточного продукта — ацителена: 2CH4=C2H2+3H2. Для метана характерны реакции замещения. На свету или обычной температуре галогены — хлор и бром — постепенно (по стадиям) вытесняют из молекулы метана водород, образуя так называемые галогенопроизводные. Атомы хлора замещают атомы водорода в ней с образованием смесиразличных соединений:CH3Cl — хлорметана (хлористого метила), CH2Cl2 — дихлорметана, CCl4 — тетрахлорметана. Из этой смеси каждое соединение может быть выделено. Важное значение имеют хлороформ и тетрахлорметан как растворители смол, жиров, каучука и других органических веществ. Образование галогенопроизводных метана протекают по цепному свободнорадикальному механизму. Под действием света молекулы хлора распадаются на неорганические радикалы:Cl2=2Cl. Неорганический радикал Cl отрывает от молекулы метана атом водорода с одним электроном, образуя HCl и свободный радикал CH3HH. Свободный радикал взаимодействует с молекулой хлора Cl2, образуя галогенопроизводное и релоген хлора. Метан при обычной температуре обладает большой стойкостью к кислотам, щелочам и многим окислителям. Однако он вступает в реакцию с азотной кислотой: CH4+HNO3=CH3NO2+H2O. Метан не спосопен к реакциям присоединения, поскольку в его молекуле все валентности насыщены. Приведенные реакции замещения сопровождаются разрывом связей C-H. Однако известны процессы, при которых происходит не только расщепление связей C-H, но и разрыв цепи углеродных атомов(у гомологов метана). Эти реакции протекают при высоких температурах и в присутствии катализаторов. Например: C4H10+H2 — процесс дегидротации, C4H10= C2H6+ C2H4 — крекинг.

Получение метана

Метан широко распространен в природе. Он является главной составной частью многих горючих газов как природных(90-98%), так и искусственных, выделяющихся при сухой перегонке дерева, торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти. Метан выделяется со дна болот и из каменоугольных пластов в рудниках, где он образуется при медленном разложении растительных остатков без доступа воздуха, поэтому метан часто называют болотным газом или рудничным газом. В лабораторных условиях метан получают при нагревании смесси ацетата натрия с гидроксидом натрия:CH3COONa+NaOH=Na2CO3+CH4 или при взаимодействии карбида алюминия с водой: Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4. В последнем случае метан получается весьма чистым. Метан может быть получен из простых веществ при нагревании в присутствии катализатора: C+2H2=CH4. А также синтезом на основе водяного газа: CO+3H2=CH4+H2O. Гомологи метана, как и метан, в лабораторных условиях получают прокаливанием солей соответствующих органических кислот с щелочами. Другой способ — реакция Вюрца, т.е. нагревание моногалогенопроизводных с металлическим натрием, например: C2H5Br+2Na+BrC2H5=C4H10+2NaBr. В технике для получения синтетического бензина(смесь углеводородов, содержащих 6-10 атомов углерода) применяют синтез из оксида углерода и водорода в присутствии катализатора(соединение кобальта) и при повышенном давлении. Процесс можно выразить уравнением: nCO+(2n-1)H2=CnH2n+2+nH2O.

Применение алканов

Благодаря большой теплотворной способности метан в больших количествах расходуется в качестве топлива (в быту — бытовой газ) и в промышленности широко применяются получаемые из него вещества: водород, ацителен служит исходным сырьем для получения формальдегида, метилового спирта, а также различных синтетических продуктов. Большое промышленное значение имеет окисление высших предельных углеводородов — парафинов с числом углеродных атомов 20-25. Этим путем получают синтетические жирные кислоты с различной длиной цепи, которые используются для производства мыл, различных моющих средств, смазочных материалов, лаков и эмалей. Жидкие углеводороды используются как горючее(они входят в состав бензина и керосина). Алканы широко используются в органическом синтезе.

Другие способы получения метана — Справочник химика 21

    Не оставляя этого метода конверсии, промышленность Германии использовала также и другой способ получения синтез-газа из метана, получивший название процесса К У. При этом методе метан и кислород после предварительного подогрева подвергают неполному сжиганию при высокой температуре (700—1000°) над никелевым катализатором. Происходящая реакция может быть выражена уравнением  [c.195]
    Характеристическим летучим водородным соединением углерода является метан. В обычных условиях водород с углеродом не реагирует. Синтез метана идет только при достаточно высокой температуре и в присутствии катализатора (мелкораздробленный никель). Применяются также и другие способы получения метана из сложных органических веществ. В лаборатории метан можно получить разложением карбида алюминия водой. В природе метан постоянно образуется при разложении органических веществ без доступа воздуха. Химическое строение метана определяется р -гибридизацией атома углерода. Молекула метана представляет собой правильный тетраэдр, в центре которого находится атом углерода, а по вершинам — атомы водорода. Метан — газ легче воздуха, почти нерастворим в воде, устойчив вплоть до 1000° С. Выше этой температуры разлагается с образованием ацетилена и водорода  [c.362]

    В промышленности для преимущественного получения хлористого метила и хлористого метилена (хлороформ и четыреххлористый углерод экономичнее получать другими способами) хлорируют метан при 400—450° С с 8—12-кратным избытком метана в газовой смеси (последнее благоприятствует отводу тепла из зоны реакции). [c.257]

    О Другие способы получения метана. При рассмотрении специального вопроса о способах получения метана в памяти учащихся восстанавливают сначала опыт получения метана из уксуснокислого натрия и натронной извести. Затем внимание учащихся обращают на образование метана в природе при разложении растительных и животных остатков (почему метан и сопутствует обычно нефти, каменному углю и даже торфу). [c.72]

    Позднее сжижению начали подвергать и другие, более легкие компоненты, включая метан или его смеси. Поэтому возникла необходимость конкретизировать термин сжиженные газы , включая в название компоненты, например сжиженный пропан , сжиженный метан , сжиженный природный газ и т.д. Сжиженный природный газ (СПГ) может содержать в своем составе компоненты от метана до бутана включительно, а иногда даже некоторое количество пентанов, но присутствие более тяжелых компонентов, а также сероводорода и Oj может вызывать серьезные проблемы в процессе сжижения, так как углеводороды Сз и выше способны затвердевать при температуре минус 160 °С. Поэтому обычно перед сжижением газ очищают от кислых компонентов и отбензинивают. Еще одной причиной увеличения производства сжиженных газов явилось развитие процесса извлечения гелия из природного газа, основанного на переводе всех компонентов природного газа, за исключением гелия, в жидкость. При производстве сжиженного природного газа используются циклы глубокого охлаждения. Способы получения глубокого холода были рассмотрены в гл. 6. [c.152]


    Третьим способом получения метана и других парафинов из неорганических соединений является разложение некоторых карбидов металлов водой или кислотами. Так, при обработке кислотами железа, содержащего карбид железа, выделяются предельные углеводороды. Особенно гладко, по Муассану, протекает образование метана из карбида алюминия и воды в результате реакции получается довольно чистый метан  [c.31]

    Не умаляя большого практического значения способов получения молекулярного водорода методом конверсии водяным паром и двуокисью углерода и мономолекулярной дегидрогенизацией на активных катализаторах, следует отметить, что способ, связанный с получением водорода в результате полимолекулярных превращений углеводородов в настоящее время представляется все более и более перспективным. Это связано с тем, что водород получают здесь наряду с другими целевыми продуктами, в том числе с такими продуктами крупнотоннажного производства, как термическая сажа, пирографит и др., вместе с ароматическими углеводородами, ацетиленом и Т. д. Основным сырьем для получения водорода по этому способу может служить метан, являющийся главным компонентом природного газа, а также другие газообразные, жидкие и твердые парафиновые углеводороды, входящие в состав нефтей, т. е. все то же природное сырье, проблема рациональной переработки которого еще не решена полностью. Поэтому последнее обстоятельство делает любые работы, связанные с исследованием полимолекулярной дегидрогенизации углеводородов в ходе их поликонденсации при кок-сообразовании, весьма актуальными. [c.164]

    В третьей группе способов получения чистой газообразной углекислоты из источников со средним ее содержанием используется более высокая растворимость углекислого газа в воде, чем других газов. Так, при 20° С он растворяется в воде в 30 раз больше, чем метан, и в 50 раз больше, чем водород. Однако этот способ целесообразно применять там, где по ходу основного технологического процесса смесь газов уже находится под относительно высоким давлением (например, при синтезе аммиака) и.яи где основным продуктом является газ, конденсирующийся также при высоком давлении (например, при получении жидкого метана). В таких случаях возможно использовать свойство газов увеличивать свою растворимость в жидкостях, примерно пропорционально давлению газа над жидкостью. Это важно потому, что [c.393]

    Концентрация ацетилена в реакционных газах в зависимости от способа получения колеблется от 8 до 30% (об.). Кроме ацетилена в газах содержатся водород, оксид и диоксид углерода, метан, этилен и небольшие количества ацетиленовых и других [c.76]

    Природные и искусственные газы, прежде чем направить на использование, подвергают соответствующей обработке с целью удаления из них вредных или ценных составных частей. Глубина и объем обработки горючих газов зависят от их природы и способа получения. Природные газы, содержащие в своем составе в основном метан, требуют наименьшей обработки. Эти газы, как правило, подвергают лишь обеспыливанию, а в случае содержания в них сероводорода — его удаляют. Попутные нефтяные газы, содержащие целый ряд тяжелых парафиновых углеводородов, влагу и другие составные части, подвергают специальной обработке, в результате которой получают сухой углеводородный газ, содержащий в основном метан и некоторое количество его гомологов. [c.241]

    Способы получения. 1. Прямой синтез из элементов. Метан образуется в малых количествах вместе с ацетиленом и другими углеводородами в пламени электрической дуги между угольными электродами в атмосфере водорода (Вертело). Таким образом, углерод может непосредственно взаимодействовать с водородом. [c.231]

    Основными промышленными применениями процессов глубокого охлаждения являются разделение и очистка газов. Ректификация жидкого воздуха служит основным способом получения кислорода и азота, а также единственным способом получения неона, аргона, криптона и ксенона. В ректификационной колонне, предназначенной для концентрации из воздуха редких газов, может быть получен и концентрат с высоким содержанием гелия. Однако таким путем получают лишь небольшие количества гелия. В промышленных масштабах гелий получают из природных газов, причем и в этом случае использование глубокого охлаждения значительно облегчает процесс разделения. Низкие температуры применяются в промышленности для получения водорода из коксового газа, а также из других газовых смесей, содержащих водород. Методами низкотемпературной ректификации выделяют и очищают низкокипя-щие компоненты природного газа метан, этан, этилен и т. д. Наконец, положено начало промышленному производству дейтерия путем ректификации жидкого водорода. [c.91]


    По-видимому, любое органическое соединение, содержащее ацетильную группу, будет при пиролизе давать некоторое количество кетена. Хотя этот синтез применим и для высших членов ряда, но его использование ограничено в основном первым членом ряда, который лучше всего может быть получен по этому методу как в промышленности, так и в лаборатории. Из различных лабораторных способов [5] наилучший выход (90—95%) был получен при пропускании ацетона над проволокой из хромеля А при 700—750 °С. При проведении пиролиза в камере предпочтительными являются более низкие температуры (около 500 С) для предотвращения дальнейшего разложения на окись углерода и газообразные олефины. Кетен, получаемый из ацетона, смешан с метаном, что может осложнять его абсорбцию. С другой стороны, при пиролизе уксусного ангидрида [6] или дикетена (разд. А.4) подобные газообразные продукты не образуются. [c.376]

    В газообразном водороде в зависимости от способа его получения могут присутствовать кислород, азот, метан и другие углеводороды, оксид и диоксид углерода, аргон, масло, вода. Эти вещества при ожижении водорода затвердевают и могут вызывать засорение аппаратуры. Допустимое содержание примесей в водороде регламентирует ГОСТ 3022—61 (табл. 9.34), которым предусмотрен выпуск трех марок газообразного водорода — А, Б (высшая категория качества) и В (высший сорт/первый сорт). [c.504]

    К числу существенных достоинств процесса получения ацетилена из газообразных углеводородов способом электрокрекинга следует отнести высокую степень использования сырья. Выход ацетилена на разложенный метан при этом достигает 45% вес. Другим, не менее важным, достоинством процесса является получение одновременно с ацетиленом значительных количеств водорода. Поэтому электрокрекинг углеводородов является методом одновременного получения ацетилена и водорода. [c.123]

    В результате непосредственного взаимодействия углерода с водородом можно получить и более тяжелые углеводороды, чем метан. Эта реакция лежит в основе способа Бергиуса получения синтетического бензина. В качестве исходного сырья используют не чистый углерод, как в приведенной выше реакции, а угли, содержащие значительное количество водорода, образовавшиеся из низших растений состав этих углей ближе к составу органического соединения с очень большими молекулами, чем к составу чистого кристаллического углерода. В этих молекулах большое число атомов углерода связано друг с другом, однако часть их валентностей связана с водородом (и кислородом), что облегчает гидрирование. [c.231]

    Способ частичного сгорания состоит в пропускании смеси метана с кислородом через специальные горелки при этом тепло, необходимое для эндотермической реакции, получается за счет сгорания части метана. Полученные газы наряду с 8—10% СзНа содержат еще На, СО и СОа- Термический способ заключается в чередующемся пропускании над специальной керамической массой сначала смеси метана с воздухом для обогревания массы (до 1500°), а затем чистого метана, который дегидрируется при высокой температуре. Добавление других углеводородов (этана, пропана) в метан значительно повышает выход ацетилена. [c.289]

    Для обезвреживания выхлопных газов, содержащих окислы азота, применяют увеличенную по объему щелочную абсорбцию. В последнее время предложен способ сжигания выхлопных газов в смеси с метаном или другим горючим газом на катализаторе с использованием выделяющегося тепла для получения водяного пара. [c.485]

    Образовавшиеся на первой стадии продукты брожения подвергаются дальнейшим превращениям, в результате которых в значительном количестве образуются метан и диоксид углерода. Основная роль во второй стадии брожения принадлежит метан-образующим бактериям, которые относятся к строгим анаэробам. Морфологически метанобразующие бактерии весьма разнообразны, среди них есть кокки, сарцины, палочки Ме1капососси8, МеШапозагста, Ме1НапоЬас1егшт). Процесс образования метана необходим бактериям для получения энергии, другие способы получения энергии у них неизвестны. [c.136]

    Другим направлением практического применения реакций разложения метана является получение сажи термокаталитическим способом при пониженных температурах (700—900° С). Специальными измерениями было показано, что удельная каталитическая активность железа, кобальта и никеля практически одинакова в реакции разложения метана (рис. 14). В связи с этим наблюдаемое уменьшение активности катализаторов в ряду Со > № > Ре при их науглероживании метаном объяснено снижением термостабильности (увеличением спекания) дисперсной структуры металла в этом ряду. Для оценки перспективности данного способа получения сажи важен тот факт, что при 20—25-кратном увеличении веса железа вследствие его науглероживания скорость процесса сохранялась практически постоянной и на высоком уровне. Испытание науглероженной метаном железной руды в качестве компонента типографских красок подтвердило возможность и перспективность применения этого нового вида сажи. [c.114]

    В эти же годы большие усилия ученых и инженеров были направлены на разработку технически совершенных и экономичных методов производства чистых азота и водорода для синтеза аммиака [14—22]. Первые аммиачные заводы работали па азото-водородной смеси, получаемой из полуводяного газа методом конверсии окиси углерода с водяным паром, т. е. фактически сырьем были кокс и каменный уголь. Вскоре после первой мировой войны были разработаны промышленные методы производства водорода из коксового газа глубоким охлаждением его до температуры —200° С. При этом конденсируются все газообразные компоненты коксового газа — этилен, этан, метан, окись углерода, а остающийся нескондепсированным водород промывается жидким азотом для освобождения от следов окиси углерода. Были созданы совершенные электролизеры с униполярными электродами, а также высокопроизводительные электролизеры фильтр-прессного типа с биполярными электродами для электролиза воды, которые нашли широкое применение в Норвегии, Италии и Японии. В небольшом масштабе стал применяться железопаровой способ получения водорода, использовался побочный водород других производств, например производства хлора электролизом раствора поваренной соли. Наконец, был разработан метод производства водорода конверсией метана и углеводородов нефти с водяным паром при атмосферном давлении и под давлением 2—5,1 МПа. Последний метод оказался наиболее экономичным, получил большое распространение после второй мировой войны и начал постепенно вытеснять другие. [c.13]

    Второе направление в разработке процесса непосредственной фиксации азота заключается в получении цианистого водорода H N. Производство этого вещества среднетоннажное и составляет в США 200 ООО т в год [17]. Больше половины продукции используется для изготовления акрилонитрила, меньшая ее часть идет на получение метилметакрилата и других веществ, применяемых в производстве пластических масс. Основной способ получения H N на современных предприятиях заключается в проведении реакции между аммиаком и метаном на платиновом катализаторе при температурах от 1300 до 1600 °К. В процессе Шванигена используется другой метод осуществления реакции углеводорода с аммиаком. В этом методе реакция протекает при температуре около 1800 °К во взвешенном слое частиц угля, нагреваемых низковольтными электрическими разрядами между частицами. Выход H N в этих процессах достигает 85—909о теоретически возможного. Хотя H N производят описанными выше методами, представляет интерес исследование получения H N при высоких температурах с использованием азота в качестве сырья. При этих условиях химический механизм, вероятно, редко отличается от механизма применяемых процессов это может привести к более совершенному методу получения H N. [c.129]

    По окончании выжига кокса прекращается отопление нечи, температура циркулирующ,их газов снижается и давление в системе сбрасывается на свечу. Далее производится продувка и заполнение системы пусковым водородсодержащим газом, включение циркуляционных колшрессоров, подъем температуры и давления и вывод установки на режим. По данным ВНИИнефтехима, объемный состав пускового водородсодержащего газа должен быть следующим водорода — не менее 80 %, кислорода и углекислоты — не более 0,2%, непредельных углеводородов — не более 0,3%, влаги — не более 0,2 гИш . Балластными компонентами водорода в зависимости от способа получения могут быть углеводородные газы — метан, этан и другие или, при производстве водорода конверсией метана, — азот. Пусковой газ не должен содержать аммиака, сероводорода, соединений фосфора и мышьяка, желательно также отсутствие окиси углерода. [c.31]

    Способы получения и использования всех этих катализаторов почти не отличаются друг от друга. Соединения титана и алюминия всегда смешивают в присутствии инертного растворителя. Различия между ними заключаются в температурном диапазоне, в котором катализатор, по указаниям патента, наиболее эффективен, наличии или отсутствии других компонентов и давлении, так как не все процессы полимеризации по Циглеру проводятся при атмосферном давлении. К соединениям, оказывающим положительное действие на структуру или на выход полимеров, относятся триметилсульфонийиодид или трибутил-этнлфосфонийиодид [27], амины [28—31], иод плюс следы кислородсодержащего соединения [32], полиэтилен [33—34], азосоединения 35], бром или хлористый водород [36], трифенилхлор-метан [37], диэтиловый эфир 38], галогениды меди [39] и сернистый ангидрид, присутствие которого приводит к получению полимера, содержащего серу [40]. [c.194]

    Для иллюстрации моншо привести два примера. В одном метап и водород разделяют под высоким давлением и для получения флегмы в метановой колонне используют испарение жидкого этилена. В другом примере, когда рабочее давление значительно ниже, флегму в метановой колонне создают путем ее орошения жидким метаном. Метан ожижают, сжимая его до 60 ат, охлаждая до минус 100° и дросселируя затем до 1 ат,. Таким способом температуру понижают до минус 140 , которая необходима для образования флегмы в колонне. [c.152]

    Для направленного изменения активности, селективности и стабильности катализаторов, помимо варьирования их состава, способа приготовления и вида предварительной обработки, нрим няют и такие методы, как добавление различных веществ в реакционную зону (СО2, ЗОз, Нд, ННд и т. д.), комплексообразование с обменными катионами металлов и другие, эффективность которых подтверждена на многих примерах и в работах, выполненных в последнее время [1]. Предложен способ модифицирования катализаторов из цеолитов 23М, ЦВК соединениями бора, фосфора, магния, сурьмы, ванадия и некоторыми другими, с помощью которого удалось резко увеличить селективность процессов диспропорционирования толуола, ароматизации олефинов С2— 4, алкилирования толуола метаном в отношении образования тг-ксилола [1, 10]. По существу, доказана возможность разработки стереоснецифических ката.питических процессов получения наразамещенных ароматических соединений. Процессы получения п-ксилола уже используются в промышленности [10]. Недавно освоено полупромышленное производство и-этилтолуола, перерабатываемого в и-метил-стирол, который, как ожидают, заменит выпускавшийся до настоящего времени винилтолуол, представлявший собой смесь 35 % тг- и 65 % л -изомеров [11]. И можно уже говорить об открытии новой области практического катализа. [c.140]

    При выборе способа очистки сырого гелия для данной установки метод отмывки с помощью жидкого метана сравнивался с системой очистки сырого гелия путем конденсации и низкотемпературной адсорбции. В результате сравнительного анализа предпочтение было отдано методу отмывки жидким метаном [124], так как оказалось, что в этом случае при 24-часовом цикле работы каждого адсорбера требуется около 1000 кг активированного угля против 2000 кг при втором методе очистки. Полученный в криогенном блоке чистый гелий далее направляется в гелиевый ожижитель (на рис. 53 не показан). Для ожижения гелия используется криогенный цикл с последовательным расширением гелия в двух турбодетандерах. Объемная производительность установки по гелию составляет около 500 м /ч. Другим видом продукции, получаемой на установке, является горючий газ, состоящий в основном из метана и имеющий удельную теплоту сгорания около 40000 кДж/м, который сжимается компрессором 2 до 3,6 МПа и подается в трубопровод. На установке используется несколько криогенных циклов, которые в принципе можно рассматривать как четырехступенчатый каскадный цикл. Пропан, конденсация которого на установке производится с помощью воды при температуре 303 К, частично используется для охлаждения природного газа после моноэтаноламиновой очистки в испарителе пропана и конденсации паров воды, где он кипит при Т=273 К, а другая его часть испаряется при более низком давлении при Т= 233 К, обеспечивая конденсацию этилена. В свою очередь, этилен, испаряясь, обеспечивает холод для вывода фракции бензина-сырца и охлаждение природного газа, при котором частично конденсируется метан. Последний подвергается дальнейшему охлаждению до 117 К и сдросселированный до р 0,15 МПа используется для сжижения азота, сжатого до 2,5 МПа. Азот сжимается в компрессоре 16, и после охлаждения в теплообменнике 15 и конденсации в аппарате 8 основной поток жидкого азота подается на верхнюю тарелку колонны 9. Другая часть жидкого азота (на рис. 53 не показано) поступает на охлаждение низкотемпературных адсорберов и в гелиевый сжи тель. Жидкий азот, испаряясь, обеспечивает необходимое охлаждение гелия в гелиевом цикле, охлаждение низкотемпературных адсорберов и природного газа в теплообменниках и понижение температуры промывочного метана. [c.159]

    После успешного внедрения в промышленность начавшего развиваться примерно с 1894 г. производства ацетилена из карбида кальция вни,мание к пиро-генетическому способу на время ослабло. Только значительно позднее интерес к этому методу снова возрос в связи с увеличивающимся предложением дешевого органического сырья, как например природный газ. с.месь газообразных парафинов и олефинов крекинга, сырая нефть и различные ее погоны, тяжелые смолы и асфальты. Транспортировка метана, являющегося главной составной частью природного газа, невыгодна для многих районов его добычи, а применение его как топлива и источника сажи ограничено. Поэтому и были начаты поиски способов превращения метана в другае углеводороды. Однако для быстрого разложения метана требуется настолько высокая температура, что образование при этом парафинов и олефинов в больших количествах становится невоз.можньш хогя даже ароматические углеводороды могут быть получены при 1200°, все-таки наиболее важным способом использования. метана обещает быть конверсия его в ацетилен. Вследствие этого высокотемпературный крекинг метана и привлек к себе больше внимания, че.м другие пирогенетические процессы, предложенные для получения ацетилена. В некоторых странах Европы, не богатых запасами природных газов, была изучена также возможность пиролиза газов коксовых печей, водяного газа и содержащих метан смесей, получаемых из окисей углерода и водорода, нередко являющихся дешевыми побочными продуктами. Некоторый интерес как потенциальный источник ацетилена представляет крекинг дешевых нефтяных остатков, асфальтов и смол. Газообразные парафины и олефины и низкокипящие погоны представляют ценность для других целей, поэтому на них как на сырье для получения ацетилена обращалось меньше внимания. [c.38]


Cинтез-газ: способы получения и применение

Определение

Понятие «синтез-газ» применяют к разным смесям монооксида углерода (СО) и водорода (Н2), которые используются для получения некоторых нефтехимических продуктов. Его в основном получают из природного газа (метана). Действительно, важнейшие вещества — аммиак, метанол и парафиновые углеводороды — получают именно из синтез-газа.

Получение

Существуют два основных метода получения синтез-газа – конверсия метана с водяным паром и парциальное (частичное) окисление. Оба метода довольно просты.

Конверсия метана с паром

Конверсия с паром состоит в пропускании метана или нафты и водяного пара над никелевым катализатором. Реакция протекает за счет разрушительной силы высоких температур и давлений, и ее следует проводить в реакторах, ана­логичных печам крекинга. При этом происходят побочные процессы, при водящие к образованию СО2 и углерода. Углерод откладывается на катализаторе и дезактивирует его.

Парциальное окисление метана

Другой метод — это парциальное (частичное) окисление метана. Процесс проводят при высоких температурах без катализатора. Метод парциального окисления обычно используют для пре­вращения более тяжелых видов сырья — от нафты до остаточного топлива — в тех случаях, когда в распоряжении нет природ­ного газа и легких углеводородов (этана, пропана и бутана). В обоих процессах выход суммы СО и Н2 составляет 90 – 95%.

В качестве побочного продукта получают СО2, который можно удалить либо экстракцией растворителем, либо можно ввести в реакцию с водяным паром дополнительное количество ме­тана, что даст СО и Н2. Эта реакция протекает при высоких температурах и давлениях и в присутствии никелевого ката­лизатора.

Транспортировка

Обычно установка по производству синтез-газа бывает интегрирована в структуру завода, на котором он перерабатывается.

Единственным приемлемым способом транспортировки синтез-газа является его транспортировка по трубопроводам.

Применение

Получение и применение синтез-газа

Получение аммиака

Наиболее важной областью применения синтез-газа является производство аммиака – Nh4.

Смесь азота и водорода пропускают над железным катализатором (который со­держит оксид алюминия в качестве промотора). Реакция проходит в очень жестких условиях — при температуре 420 С и давлении 280 атм.

Большая часть установок по производству аммиака снабжена оборудованием для отделения СО от сырья, так как СО может отравлять катализатор. Чаще всего с этой целью СО обрабатывают водяным паром для получения СО и Н2. Диоксид углерода удаляют экстракцией этаноламином, а Н2 направляют на рециркуляцию.

Получение метанола

Метанол часто называют древесным спиртом. Это связано с тем, что первым промышленным способом получения метанола была сухая перегонка свежеспиленной древесины лиственных деревьев. Помимо других соединений в летучей фракции присутствует метанол. Отсюда и произошло название «древесный спирт».

С 1923 г. метанол производится в промышленности из синтез-газа; в настоящее время большую часть метанола получают имен­но таким методом. По нескольким причинам эти установки обычно строят вблизи установок для производства аммиака или даже объединяют с ними.

Технология и оборудование аналогич­ны, и в производстве метанола можно использовать СО2, обра­зующийся при синтезе аммиака. В этом случае СО2 вводят в реакцию с метаном и водяным паром над никеле­вым катализатором, приводящую к образованию дополнитель­ного количества СО и Н2, которые затем взаимодействуют, да­вая метанол.

Процесс проводят при давлении 67 – 100 атм. И температуре 200 – 260оС на катализаторах на основе оксидов меди и цинка.

Синтез Фишера-Тропша

Каталитическое гидрирование оксида углерода (синтез Фишера-Тропша) для получения углеводородов, в частности па­рафинов, в основном нормального строения и олефинов, является ге­терогенной реакцией. Проводится она преимущественно над кобальтовыми или над железными катализаторами с использованием возможно более чистых смесей оксида углерода и водорода. Оптимальные рабочие температуры синтеза различны для различ­ных катализаторов.

Никелевые и кобальтовые катализаторы дают опти­мальные результаты при 170-205, железные — при 200-325°С. Синтез на никелевых катализаторах ведется практически только при нормальном давлении, так как при повышенном давлении резко усиливается образование карбонилов.

На железном и кобальтовом катализаторах можно работать без образования карбонилов при давлениях до 20 атм.

Считается, что при синтезе по Фишеру-Тропшу на железных катализаторах оксид углерода гидрируется с образование метиленовой группа, которая затем полимеризуется. Оксид углерода конвертируется в углекислоту. При этом кислород оксида углерода связывается, образуя воду. Этим реакциям благоприятствуют более высокая температура син­теза на железных катализаторах и активность железа по отношению к реакции конверсии.

С технической точки зрения решающее значение при синтезе Фишера-Тропша имеют, во-первых, очень большая теплота реакции ката­литического гидрирования оксида углерода и, во-вторых, необходимость очень точного соблюдения постоянной температуры синтеза. В противном случае значительно возрастает нежела­тельное образование метана. Кроме того, при высоких температурах на­блюдается отложение углерода на катализаторе, приводящее к быстрой его дезактивации.

Синтез-газ — Что такое Синтез-газ?

28496

Синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода.

Синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода.
Получение синтез-газа является первой стадией превращения природного газа и угля не только в жидкие топлива, но и химические продукты.

В промышленности синтез-газ получают паровой конверсией метана, парциальным окислением метана, газификацией угля.
Эти способы обладают высокой себестоимостью.
Применение катализаторов означает осуществление на поверхности катализатора ряда химических превращений. 
Этот метод зарекомендовал себя как более эффективный и дешевый.

В зависимости от способа получения соотношение CO:Н2 варьируется от 1:1 до 1:3.

В зависимости от применяемого сырья и вида конверсии (водяным паром или нестехиометрическим количеством О2) соотношение компонентов в газовой смеси изменяется в широких пределах:

  •  СН4 + Н2О : СО + 3Н2
  •  СН4 + ½O2 : СО + 2Н2
  • -СН2-+ Н2О:СО + 2Н2
  • -СН2-+ ½O2 :СО + Н2
Это соотношение определяется также методом и условиями газификации углей.

По наиболее распространенному методу Лурги получают сырой газ следующего состава: 

  • 15-18% СО, 
  • 38-40% Н2
  • 9-11% СН4
  • 30-32% СО2
  • с повышением температуры увеличивается доля СО, 
  • с возрастанием давления — Н2 и СН4.

Примесями могут быть инертные газы (N2 и др.) и Н2S, если сырье содержало серу.

Синтез-газ очищают от Н2S и СО2 селективными растворителями; соотношение между СО и Н2 регулируют, если необходимо, конверсией оксида углерода водяным паром.

Синтез-газ получают также наряду с целевым продуктом ацетиленом при окислительном пиролизе природного газа.

Почему метан — недооцененный парниковый газ и как его выбросы отслеживают ученые | Экология

Метан — еще один важный парниковый газ, удерживающий тепло в атмосфере. Однако его влиянию на экологию и климат уделяется гораздо меньше внимания, чем другим углеродным выбросам. При этом потенциал глобального потепления от метана в 30 раз больше, чем у диоксида углерода. Рассказываем, откуда берется метан и почему он опаснее углекислого газа, в каких странах его больше всего, как ученые отслеживают его утечки и почему модели загрязнения атмосферы метаном гораздо сложнее рассчитать.

Откуда берется метан и почему он опасен?

В 2018 году на метан (CH4) около 9,5% всех выбросов парниковых газов в США приходилось на результаты деятельности человека. Деятельность человека в вопросе выбросов метана включает в себя утечки из систем добычи природного газа и разведение домашнего скота. Метан также выделяется из природных источников, таких как естественные водно-болотные угодья. Кроме того, естественные процессы в почве и химические реакции в атмосфере помогают удалить CH4 из атмосферы. Время жизни метана в атмосфере намного короче, чем у диоксида углерода (CO2 ), но CH4 более эффективно улавливает излучение. Сравнительное воздействие CH4 в 25 раз больше, чем CO2 за 100-летний период.

Во всем мире от 50 до 65% общих выбросов CH4 приходится на деятельность человека. 

  • Сельское хозяйство. Домашний скот — крупный рогатый скот, свиньи, овцы и козы — вырабатывает метан как часть нормального процесса пищеварения. Кроме того, это газ образуется при хранении или обработке навоза. Поскольку люди выращивают этих животных для еды и других продуктов, выбросы считаются связанными с деятельностью человека. При объединении выбросов домашнего скота и навоза сельскохозяйственный сектор является крупнейшим источником выбросов метана.
  • Энергетика и промышленность. Системы природного газа и нефти являются вторым по величине источником выбросов метана. Этот газ — основной компонент природного газа В США. Метан выбрасывается в атмосферу при производстве, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа, а также при производстве, переработке, транспортировке и хранении сырой нефти. Добыча угля также является источником выбросов CH4
  • Отходы домов и предприятий. Метан образуется на свалках при разложении отходов и при очистке сточных вод. Свалки являются третьим по величине источником выбросов CH4 в США. Метан также образуется при очистке бытовых и промышленных сточных вод и при компостировании. 

Метан, кроме того, выделяется из ряда природных источников. Природные водно-болотные угодья являются крупнейшим источником выбросов CH4 от бактерий, разлагающих органические материалы в отсутствие кислорода. Меньшие источники включают термиты, океаны, отложения, вулканы и лесные пожары.

Как снизить выбросы метана?

Есть несколько способов уменьшить выбросы метана. EPA — Агентство по охране окружающей среды США — располагает рядом добровольных программ по сокращению выбросов CH4 в дополнение к нормативным инициативам. Кроме того, компания поддерживает Глобальную инициативу по метану. Это международное партнерство, поощряющее глобальные стратегии сокращения выбросов метана.

Источник выбросовКак сократить выбросы?
ПромышленностьМодернизация оборудования, используемого для добычи, хранения и транспортировки нефти и природного газа, может уменьшить многие утечки, которые способствуют выбросам метана. Метан угольных шахт также можно улавливать и использовать для получения энергии с помощью программ Natural Gas STAR и Coalbed Methane Outreach Program (CMOP).
Сельское хозяйствоМетан от методов обращения с навозом можно уменьшить и улавливать путем изменения стратегии обращения с навозом. Кроме того, изменение практики кормления животных может снизить выбросы от кишечной ферментации. Больше об улучшенных методах животноводства можно узнать, изучив программу EPA AgSTAR.
Отходы домов и предприятийПоскольку выделение метана на свалках является основным источником выбросов газа в США, меры контроля выбросов, которые улавливают газ из свалок, могут помочь в стратегии сокращения выбросов.

Почему важно бороться с метаном?

Хотя метан не задерживается в атмосфере так долго, как углекислый газ, поначалу он гораздо более разрушителен для климата из-за того, насколько эффективно он поглощает тепло. В первые два десятилетия после выброса метан в 84 раза сильнее углекислого газа.

Поскольку метан очень мощный и в тоже время у человечества есть решения, которые сокращают его выбросы, обращение с метаном —это самый быстрый и эффективный способ замедлить темпы потепления планеты.

Если метан попадает в воздух перед использованием — например, из негерметичной трубы, он поглощает солнечное тепло, нагревая атмосферу. По этой причине он считается парниковым газом, например, двуокисью углерода.

Как решить проблему с метаном?

До недавнего времени было мало что известно о том, где происходили утечки, и о том, как лучше всего их исправить. В 2012 году компания EDF начала серию исследований, чтобы лучше их выявлять и находить решения.

Резюме 16 исследований по всей цепи поставок США показывает выбросы метана значительно выше, чем предполагалось изначально. В мае 2016 года EPA утвердило первое в истории национальное правило прямого ограничения выбросов метана от нефтегазовых операций, открыв новую возможность для уменьшения загрязнения климата. На данный момент Агентство по охране окружающей среды США стремится установить правила, которые защищают жителей США от загрязнения метаном.

Проект EPA — Google Earth Outreach — помогает визуализировать опасные для климата утечки, обнаруженные в местных сообществах. Почему это важно? Повышение осведомленности о масштабах и влиянии утечек метана имеет важное значение для разработки эффективной политики.

На сегодняшний день создана еще одна технология, которая помогает выявлять следы метана. На небе появился новый мощный спутник для мониторинга выбросов метана, одного из ключевых газов, влияющих на изменение климата, вызванное деятельностью человека.

Какие есть разработки для борьбы с метаном?

Новейший спутник Iris для мониторинга метана

Космический аппарат, известный как Iris, может отображать шлейфы метана в атмосфере с разрешением всего 25 метров. Это позволяет идентифицировать отдельные источники метана, например, конкретные нефтегазовые объекты.

Iris был запущен канадской компанией GHGSat (Global Emissions Monitoring) в Монреале 2 сентября. Это первопроходец в созвездии из 10 космических аппаратов, которое появится к концу 2022 года.

Первая попытка Iris зарегистрировать значительный выброс метана

Наблюдения проводились над Туркменистаном, в регионе, где ранее были отмечены большие шлейфы от нефтегазовой инфраструктуры. Обнаружение, наложенное на стандартное изображение с воздуха, показывает концентрацию метана в воздухе, превышающую нормальные фоновые уровни.

«Нам все еще нужно работать над калибровкой, которая затем позволит нам проверить порог обнаружения и окончательные характеристики спутника. Но в качестве изображения — это феноменально по любым стандартам», — заявил генеральный директор GHGSat Стефан Жермен в интервью для BBC News.

GHGSat уже работает с операторами, регулирующими органами и другими заинтересованными сторонами, чтобы охарактеризовать эти выбросы с помощью прототипа спутника под названием Claire, который он запустил в 2016 году. Присутствие на орбите Ирис предоставляет компании дополнительный поток данных, которые он теперь намеревается интерпретировать. в новом британском аналитическом центре, который будет открыт в Эдинбурге и Лондоне в ближайшие недели.

«В том, что мы делаем в Великобритании, есть возможности мирового уровня, — объясняет доктор Жермен.  — Не только в области аналитики, но и в системах космических кораблей, которые нас интересуют».

Спутник Sentinel-5P от ЕКА

GHGSat в последнее время укрепляет свои связи с Европейским космическим агентством, которое эксплуатирует спутник ЕС Sentinel-5P.

Он также контролирует метан, делая ежедневные глобальные снимки газа. Но при разрешении 7 км его данные гораздо менее показательны, чем данные Iris и Claire.

ЕКА

Однако если использовать оба спутника вместе, они образуют что-то вроде команды мечты для исследования метана, уверяют ученые.

«Они (Sentinel-5P) могут видеть весь мир каждый день. Мы не можем этого сделать. Но мы можем видеть отдельные объекты. Они не могут этого сделать. Так что, действительно, это фантастическая комбинация, и она создает очень хорошие отношения с Европейским космическим агентством, и я думаю, что мы только начинаем превращаться в нечто гораздо большее».

Следующий спутник GHG, Hugo, проходит испытания и, как ожидается, будет запущен в конце этого года.

Компания недавно получила 30 млн долларов в виде дополнительного финансирования, которое позволяет ей построить три космических корабля, которые будут следовать за Hugo на орбиту.

Глобальная проблема метана. В чем сложность его учета?

Бюджет метана

Метан является мощным парниковым газом и является вторым по величине фактором глобального потепления, вызванным деятельностью человека, после CO2. На единицу массы метан в 84–86 раз сильнее, чем CO2 за 20 лет и в 28–34 раза сильнее за 100 лет.

Глобальный бюджет метана позволяет отслеживать, откуда происходят выбросы, сколько поглощается «стоками» и, следовательно, сколько остается в атмосфере.

Бюджет метана — это инициатива Глобального углеродного проекта (GCP), международной исследовательской программы, которая направлена ​​на «создание полной картины глобального углеродного цикла». Основанный в 2001 году, GCP предоставляет ежегодную обновленную информацию о глобальных выбросах углерода.

С метаном «все немного сложнее», — объясняет доктор Мариэль Саунуа, доцент Версальского университета Сен-Кантен во Франции, которая возглавляет глобальный бюджет метана. Сложность отчасти объясняется тем, что для создания бюджета метана нужны длительные прогоны модели, которые требуют времени. Чтобы обновлять данные каждый год у научного сообщества, потребовалось бы слишком много ресурсов. В результате бюджет метана обновляется каждые два-три года.

Третья публикация появилась в техническом документе в журнале Earth System Science Data и в сопроводительном «перспективном» документе в журнале Environmental Research Letters.

Двойные подходы к бюджету метана

Глобальный баланс метана использует два разных подхода к оценке источников и стоков.

  • Первый подход — «восходящий», который фокусируется на выбросах метана у источника. При этом используются данные о выбросах, которые представляются отдельными странами в национальных кадастрах парниковых газов в ООН. Эти кадастры охватывают антропогенные источники, такие как использование ископаемого топлива, животноводство, выращивание риса и свалки.

    Эти оценки суммируются с моделированием других источников метана, таких как водно-болотные угодья, лесные пожары и термиты. Например, спутниковые данные о глобальной площади, сожженной пожарами, сочетаются с моделями, которые «учитывают тип сожженной растительности, выжженную поверхность и продолжительность пожара, а также тип пожара», — объясняет Сонуа.

  • Второй подход называется «сверху вниз». Это начинается с наблюдений за концентрациями метана в глобальном масштабе и работает в обратном направлении, используя моделирование, чтобы оценить, где они возникли.

Ни один из подходов не является безупречным, и эти два метода, по словам ученых, «несовместимы». Но у двойного подхода есть свои преимущества. Нисходящий метод, уверяет доктор Сануа, «является более надежной оценкой глобального общего объема» выбросов метана, однако восходящие оценки используются для определения выбросов в конкретных регионах и секторах.

Например, выбросы водно-болотных угодий и пресной воды особенно сложно оценить, что означает «существенное расхождение» между нисходящими и восходящими числами, говорит Сануа. В частности это связано с тем, что источники пересекаются, добавляет она, и, следовательно, их можно отнести к более чем одной категории.

Где больше всего метана?


Исследователи говорят, что в трех регионах — Африке и Ближнем Востоке, Китае, Южной Азии и Океании — наблюдается наибольший рост выбросов метана. В каждом случае выбросы выросли на 10–15 млн тонн между средним показателем 2000–2006 и 2017 годов.

Следующим по величине был рост на 5,0–6,7 млн ​​тонн в Северной Америке, и, как показывает бюджет, в основном за счет увеличения на 4,4–5,1 млн тонн в США.

Напротив, в Европе наблюдалось небольшое сокращение выбросов, примерно на 1,6–4,3 млн тонн, в основном из-за меньшего количества выбросов от сельского хозяйства.

Это противоречит тенденции, наблюдаемой в других регионах, при этом увеличение сельскохозяйственных выбросов является основной причиной увеличения общих выбросов в Африке, Южной Азии и Океании.

Что касается ископаемого топлива, наибольший рост выбросов метана — 5–12 млрд тонн — был зарегистрирован в Китае, при этом в Северной Америке, Африке, Южной Азии и Океании наблюдался рост на 4–6 млн тонн. Выбросы метана, связанные с ископаемым топливом, в США увеличились на 3,4–4,0 млн тонн.

И все же стоит учитывать, что недавние исследования показали: несмотря на огромные цифры, выбросы метана от ископаемого топлива были «сильно недооценены».

Улавливание и использование метана | Пособие для студентов по глобальному изменению климата

Вы, наверное, слышали о трех буквах «Р». Хотя важно сокращать, повторно использовать и утилизировать как можно больше, трудно не выбрасывать мусор каждую неделю. Мусор, который нельзя переработать или повторно использовать, часто попадает на свалки, где при разложении выделяется метан.

Метан — очень мощный парниковый газ.Один фунт метана улавливает в атмосферу в 25 раз больше тепла, чем фунт углекислого газа. Метан также является основным ингредиентом природного газа. Поскольку метан можно улавливать со свалок, его можно сжигать для производства электроэнергии, обогрева зданий или питания мусоровозов. Улавливание метана до того, как он попадет в атмосферу, также помогает уменьшить последствия изменения климата.

Метан также можно улавливать из варочных котлов на фермах, которые представляют собой большие резервуары, содержащие навоз и другие отходы из коровников, в которых содержится домашний скот, такой как коровы и свиньи.

Как это работает

  1. Мусор разлагается (или гниет) на свалках, образуя метан.
  2. Метан поднимается на верхнюю часть полигона и собирается по трубам.
  3. Метан сжигается для производства тепла или электроэнергии.

Интересные факты

  • Как правильно использовать отходы. В настоящее время в Соединенных Штатах действует более 500 проектов по превращению свалок в энергию, и еще 500 свалок являются хорошими кандидатами для превращения метана в энергетический ресурс, который мог бы производить достаточно электроэнергии для питания почти 688 000 домов по всей стране.
  • Ведущий производитель. В 2009 году Германия произвела достаточно электроэнергии из биогаза, чтобы обеспечить электроэнергией 3,5 миллиона домов.
  • Впервые в мире! Швеция эксплуатирует поезд, работающий на биогазе, с 2005 года.Он курсирует между двумя городами, расположенными на расстоянии 75 миль друг от друга.

Начало страницы

Сравнение пяти методов оценки производства метана из вентилируемых систем in vitro

Фон: Существует несколько методов оценки производства метана (MP) из кормов в вентилируемых системах in vitro.Один метод (A; «золотой стандарт») измеряет пропорции метана в свободном пространстве инкубационной бутылки (HS) и в выпускаемом газе, собранном в газовых баллонах. Четыре других метода (B, C, D и E) измеряют долю метана в одной пробе газа из HS. Метод B предполагает ту же долю метана в выпускаемом газе, что и в HS, метод C предполагает постоянное отношение метана к диоксиду углерода, метод D был разработан на основе эмпирических данных, а метод E предполагает постоянные индивидуальные выпускаемые объемы. Это исследование было направлено на сравнение прогнозов МП, полученных этими методами, с прогнозами метода золотого стандарта при различных сценариях инкубации, чтобы проверить эти методы на основе их соответствия с методом золотого стандарта.

Полученные результаты: Методы C, D и E имели большее соответствие (0,85, 0,88 и 0,81), более низкую среднеквадратичную ошибку (RMSE; 0,80, 0,72 и 0,85) и более низкую среднюю систематическую ошибку (0,20, 0,35, -0,35) с золотым стандартом, чем выполнил метод B (соответствие 0,67, RMSE 1,49 и среднее смещение 1,26). Методы D и E были проще в применении, чем метод C, а метод D был немного точнее, чем метод E.

Заключение: Основываясь на точности, точности и простоте реализации, рекомендуется, когда метод A не может быть использован, методы D и E предпочтительнее для оценки MP для вентилируемых систем in vitro. © 2018 Общество химической промышленности.

Ключевые слова: Анком ГП; ферментация in vitro; оценка метана; жвачные животные; вентилируемые системы in vitro.

Производство водорода — Управление энергетической информации США (EIA)

Как производится водород?

Чтобы произвести водород, он должен быть отделен от других элементов в молекулах, в которых он находится. Есть много различных источников водорода и способов его производства для использования в качестве топлива. Двумя наиболее распространенными методами производства водорода являются паровой конверсии метана и электролиз (разделение воды на электричество.Исследователи изучают другие методы.

Процессы производства водорода

Источник: Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Производство водорода (общественное достояние)

Нажмите для увеличения

Паровой риформинг метана — широко распространенный метод получения коммерческого водорода.

Паровой риформинг метана составляет почти весь коммерчески производимый водород в Соединенных Штатах.Коммерческие производители водорода и нефтеперерабатывающие заводы используют паровой риформинг метана для отделения атомов водорода от атомов углерода в метане (Ch5). При паровом риформинге метана высокотемпературный пар (от 1300 ° F до 1800 ° F) под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на квадратный дюйм) реагирует с метаном в присутствии катализатора с образованием водорода, окиси углерода. , и относительно небольшое количество диоксида углерода.

Природный газ является основным источником метана для производства водорода промышленными предприятиями и нефтеперерабатывающими заводами.Свалочный газ / биогаз, который можно назвать биометаном , является источником водорода для нескольких электростанций на топливных элементах в Соединенных Штатах. Биотопливо и нефтяное топливо также являются потенциальными источниками метана.

Электролиз использует электричество

Электролиз — это процесс отделения водорода от воды с помощью электрического тока. Электролиз обычно используется для демонстрации химических реакций и производства водорода на уроках естественных наук в средней школе. В крупном промышленном масштабе процесс может называться power-to-gas , где power — электричество, а водород — газ .Сам по себе электролиз не производит никаких побочных продуктов или выбросов, кроме водорода и кислорода. Электроэнергия для электролиза может поступать из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, солнечная энергия или энергия ветра. Если электричество для электролиза производится из ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть) или сжигания биомассы, то соответствующее воздействие на окружающую среду и выбросы углекислого газа косвенно связаны с электролизом.

Другие способы получения водорода

  • Использование микробов, которые используют свет для производства водорода
  • Преобразование биомассы в газ или жидкость и отделение водорода
  • Использование технологий солнечной энергии для отделения водорода от молекул воды

Категории водорода

Производители водорода, продавцы, государственные учреждения и другие организации могут классифицировать или определять водород в соответствии с источниками энергии для его производства.Например, водород, произведенный с использованием возобновляемых источников энергии, может называться возобновляемым водородом или зеленым водородом . Водород, полученный из угля, может называться коричневым водородом , а водород, полученный из природного газа или нефти, может называться серым водородом . Производство коричневого или серого водорода в сочетании с улавливанием и хранением / секвестрацией углерода может обозначаться как синий водород .

Последнее обновление: 7 января 2021 г.

Введение в биогаз и биометан — Перспективы биогаза и биометана: перспективы органического роста — Анализ

Производство биогаза в мире было неравномерным, поскольку оно зависит не только от наличия сырья, но и от политики, поощряющей его производство и использование.На Европу, Китайскую Народную Республику (далее «Китай») и США приходится 90% мирового производства.

Европа на сегодняшний день является крупнейшим производителем биогаза. Германия — безусловно, крупнейший рынок, на котором сосредоточено две трети мощности биогазовых установок Европы. Энергетические культуры были основным сырьем, которое поддерживало рост биогазовой промышленности Германии, но в последнее время политика в большей степени сместилась в сторону использования пожнивных остатков, последовательных культур, отходов животноводства и улавливания метана со свалок.Другие страны, такие как Дания, Франция, Италия и Нидерланды, активно продвигают производство биогаза.

В , Китай, , политика поддержала установку бытовых варочных котлов в сельских районах с целью расширения доступа к современной энергии и чистому топливу для приготовления пищи; на эти варочные котлы сегодня приходится около 70% установленной мощности по биогазу. Было объявлено о различных программах в поддержку установки более крупных когенерационных установок (т. Е. Установок, производящих как тепло, так и электроэнергию).Кроме того, в конце 2019 года Китайская национальная комиссия по развитию и реформам выпустила руководящий документ, посвященный индустриализации биогаза и его модернизации до биометана, поддерживая также использование биометана в транспортном секторе.

В США основным путем получения биогаза является сбор свалочного газа, на который сегодня приходится почти 90% производства биогаза. Также растет интерес к производству биогаза из сельскохозяйственных отходов, поскольку на внутренние рынки животноводства приходится почти треть выбросов метана в Соединенных Штатах (USDA, 2016).Соединенные Штаты также занимают лидирующие позиции в мире по использованию биометана в транспортном секторе благодаря поддержке как штата, так и федерального правительства.

Около половины оставшейся продукции приходится на развивающиеся страны Азии, в частности Таиланд и Индия . Вознаграждение через Механизм чистого развития (МЧР) было ключевым фактором, поддерживавшим этот рост, особенно в период с 2007 по 2011 год. Развитие новых биогазовых проектов резко упало после 2011 года, поскольку стоимость кредитов на сокращение выбросов, предоставленных в рамках МЧР, упала.Таиланд производит биогаз из потоков отходов производства крахмала маниоки, биотопливной промышленности и свиноферм. Индия намерена построить около 5000 новых заводов по производству сжатого биогаза в течение следующих пяти лет (GMI, 2019). Аргентина и Бразилия также поддержали биогаз через аукционы; В Бразилии большая часть продукции производится со свалок, но есть потенциал и от барды, побочного продукта производства этанола.

Четкое представление о сегодняшнем потреблении биогаза в Африка осложняется отсутствием данных, но его использование было сосредоточено в странах с конкретными программами поддержки.Некоторые правительства, такие как Бенин, Буркина-Фасо и Эфиопия, предоставляют субсидии, которые могут покрыть от половины до всех инвестиций, в то время как многочисленные проекты, продвигаемые неправительственными организациями, предоставляют практические ноу-хау и субсидии для снижения чистых инвестиционных затрат. В дополнение к этим субсидиям в некоторых странах были достигнуты успехи кредитные механизмы, в частности, недавняя договоренность о сдаче в аренду в Кении, которая профинансировала почти половину установок варочного котла в 2018 году (ter Heegde, 2019)

Компостирование во избежание образования метана

Зачем использовать компостирование в углеродном сельском хозяйстве?

Компостирование — это аэробный процесс, который снижает или предотвращает выделение метана во время разложения органических веществ.

Метан в 26 раз сильнее двуокиси углерода как парниковый газ и вносит значительный вклад в глобальные выбросы парниковых газов. При разложении органического материала в анаэробных условиях — микробами в отсутствие кислорода — метан попадает в атмосферу. Анаэробная ферментация распространена на свалках и открытых отвалах, таких как навозные кучи. Глобальные выбросы от отходов почти удвоились с 1970 года и в настоящее время составляют 3% антропогенных выбросов (антропогенного происхождения) (IPCC 2014).Около половины этих выбросов происходит в результате анаэробной ферментации твердых отходов на суше.

Около 700 000 тонн органических отходов было компостировано в Западной Австралии в 2012 году. Каждая тонна органических отходов, выброшенных на свалки и разложенных в результате анаэробной ферментации, высвобождает около одной тонны эквивалента диоксида углерода (CO 2 -e) парниковые газы, в основном в виде метана.

Однако аэробный процесс компостирования не приводит к образованию метана, поскольку производящие метан микробы не активны в присутствии кислорода.Компостирование — это один из методов сокращения выбросов метана из органических отходов, которые в настоящее время хранятся или отправляются на свалку. Практика компостирования, которая сводит к минимуму анаэробные условия и максимизирует аэробные условия, будет наиболее эффективна для сокращения выбросов парниковых газов.

В присутствии кислорода и воды микробы, такие как бактерии и грибы, используют углерод в качестве энергии и разлагают органические отходы. Преимущества этого:

  • тепла, которое убивает болезнетворные микроорганизмы и семена, производится
  • оставшийся углерод представляет собой стабильный гумус, который не содержит сорняков и безопасен для использования в сельском хозяйстве, озеленении, садоводстве или других целях.

Что можно компостировать?

Органические отходы, которые можно компостировать, включают сельскохозяйственные и лесные отходы, навоз, отходы пищевой промышленности, кухонные и садовые отходы и твердые биологические вещества (твердые органические вещества из очищенных сточных вод). Каждый год Западная Австралия производит сотни тысяч тонн этих побочных продуктов и отходов, которые можно компостировать для улучшения состояния окружающей среды и здоровья почвы.

В местном масштабе существует 2 потенциальных благодетеля компостирования во избежание образования метана: агентства по утилизации отходов, которые хотят избежать выбросов метана в результате анаэробной ферментации отходов, а также фермеры и садоводы, которые могут использовать компостированные продукты для сельскохозяйственных целей.

Процедура компостирования

Компостирование в промышленных масштабах состоит из нескольких этапов и представляет собой тщательно контролируемый процесс с регулированием температуры и измеренными входами воды, воздуха и правильным балансом богатых углеродом и азотом материалов. Аэробные микробы превращают поступающие в почву вещества в стабилизированный углерод с побочными продуктами тепла, углекислым газом и водой.

Коммерческие предприятия используют ряд технологий для аэрации материала, от тянущих тракторов и самоходных валкователей до сложных систем вентиляции с автоматическим управлением.

Вернуться к началу

Кто основные композиторы?

Национальное исследование 2012 года выявило 126 предприятий по переработке органических отходов, на которые ежегодно поступает около 5,5 миллионов тонн органических отходов из коммерческих, промышленных и муниципальных источников. В Западной Австралии существует около 30 предприятий, на которых преимущественно производится компостирование на открытом воздухе в валках. Есть также по крайней мере четыре помещения, где условия непрерывного аэробного компостирования поддерживаются за счет нагнетания воздуха в кучу.

Регулирующий орган Австралии в области чистой энергии ведет Реестр фонда сокращения выбросов для тех, кто ищет австралийские единицы квотирования выбросов углерода. В 2013 году было подано 205 претензий по всем утвержденным методологиям Инициативы по углеродному сельскому хозяйству (теперь охватываемым Фондом сокращения выбросов), и пять из этих претензий касались методологий, связанных с компостированием.

Коммерческие компостеры, такие как C-Wise и муниципалитеты (например, Южный столичный региональный совет), создали крупномасштабные предприятия по компостированию и имеют доступ к методологиям Фонда сокращения выбросов для получения углеродных кредитов от сокращения производства метана.

Углеродные выгоды от компостирования

Углеродные кредиты могут быть востребованы для предотвращения образования метана с использованием компостирования в соответствии со следующими методологиями Фонда сокращения выбросов (предотвращение выбросов на свалках и альтернативная обработка отходов): альтернативная технология компостирования отходов

  • отвод устаревших отходов на альтернативные сооружения по переработке отходов
  • закрытая механическая обработка и компостирование альтернативной обработки отходов.
  • Отраслевая ассоциация Австралийская ассоциация переработчиков органических продуктов ищет возможности для фермеров поделиться преимуществами использования переработанных органических продуктов для улучшения характеристик почвы и уменьшения выбросов углекислого газа.

    Сопутствующие выгоды

    Внесение компоста в сельскохозяйственные угодья улучшает продуктивность почвы за счет:

    • увеличения буферной способности почвы и влагоудерживающей способности
    • добавления источника органических веществ, стимулирующих биологическую активность
    • улучшения удержания почвенных удобрений
    • увеличивает запас питательных веществ
    • обеспечивает известкование почвы
    • улучшает структуру почвы.

    Компост снижает потребность в внесении удобрений, воды, гербицидов и пестицидов, а также снижает эрозию почвы. Кроме того, связывание углерода увеличивается непосредственно через материал компоста и косвенно за счет увеличения биомассы корневой системы растений.

    Риски при использовании компоста

    • Может повыситься водоотталкивающая способность почвы из-за накопления в ней органического углерода.
    • Компост может быть источником грибковых и других заболеваний человека.

    Вернуться к началу

    Возможности

    Компостирование на ферме

    По мере интенсификации систем животноводства количество биоразлагаемых отходов увеличивается, и их необходимо утилизировать таким образом, чтобы не нанести вред окружающей среде. Фермеры могут компостировать навоз и сельскохозяйственные отходы, чтобы избежать или уменьшить вред окружающей среде.

    По оценкам Rural Industries Research and Development Corporation, на использование навоза в сточных водах (анаэробная ферментация) приходится около 3% выбросов парниковых газов в Австралии.Компостирование органических сельскохозяйственных отходов предлагает решение этой проблемы, обеспечивая при этом экономические выгоды.

    Преимущества компостирования на ферме

    Компостирование на ферме:

    • снижает риск распространения патогенов, паразитов и семян сорняков, связанных с прямым внесением навоза в землю. в качестве навоза, подстилки и кормовых отходов, которые можно использовать для улучшения и поддержания качества и плодородия почвы.
    • можно использовать в качестве альтернативного места для хранения общественных и промышленных зеленых отходов.
    • снижает потребность в поливах, гербицидах, пестицидах и приобретенное удобрение
    • устраняет углеродный след, связанный с транспортировкой компостированного материала за пределы объекта.

    В 2016 году в Австралии было 20 предприятий по компостированию на фермах, в том числе 3 в Западной Австралии.

    Риски

    Торговля углеродом теперь осуществляется через Фонд сокращения выбросов. Одним из рисков для потенциального получения углеродного кредита является неопределенность будущей цены на углерод.

    Процесс компостирования материалов вызывает выбросы парниковых газов от энергии транспорта, используемой для сбора сырья и доставки конечного продукта компоста, а также от энергии и воды, используемых в процессе компостирования.

    Неэффективные процессы компостирования могут привести к анаэробным (а не аэробным) условиям, в результате которых образуются метан и закись азота. Неполная обработка может позволить патогенам и семенам сорняков выжить. Плохой контроль процесса может привести к появлению неприятных запахов и жалоб.

    В начало

    Пример из практики

    Правительство Австралии собрало тематические исследования в отчете «Решения для управления отходами в региональной и удаленной Австралии». Тематическое исследование города Мандура, Water Corporation и местного предприятия по компостированию на ферме, C-Wise, иллюстрирует успешную переработку 100% зеленых отходов и твердых биологических веществ из регионального города в интересах местной экономики и окружающей среды.

    Используемая технология была основана на дизайне, простоте, управлении процессом, стоимости производства, а также экономии энергии и парниковых газов. Этот процесс предоставляет метод, который может использоваться региональными сообществами, откормочными площадками, фермерами и другими лицами для эффективной переработки органических отходов.

    Население Мандуры превышает 65 000 человек. Все зеленые отходы и твердые биологические вещества перерабатываются в органические удобрения путем компостирования на местной ферме. Это удобрение используется другими фермерами для улучшения биологии почвы и повышения ее производительности одновременно с развитием более устойчивых систем земледелия.

    Ежегодно с помощью этой технологии компостирования сокращается более 6000 тонн выбросов парниковых газов. Методология была принята несколькими сообществами по всей Австралии.

    Люди и группы, работающие в этом пространстве в Австралии

    Международная работа

    В Европе за 10 лет с 2001 по 2011 год компостирование городских отходов увеличилось с 10% до 15%, причем Австрия лидирует по компостированию на 34%. его бытовых отходов. Важнейшей частью этого достижения было введение отдельных контейнеров для сбора зеленых отходов для вторичной переработки и компостирования.Следовательно, в стране с 8,5 млн человек ежегодно предотвращается около 1,5 млн тонн выбросов парниковых газов.

    Большая часть городских отходов в крупных странах-производителях отходов используется на свалках. В Соединенных Штатах Америки компостируется около 8,5% муниципальных отходов, что на 20% больше, чем в 2000 году. Такое компостирование обеспечивает ежегодную выгоду от снижения более 168 миллионов тонн выбросов парниковых газов, что сопоставимо с годовыми выбросами. от более 33 миллионов легковых автомобилей.И наоборот, в Японии только около 2% твердых бытовых отходов вывозятся на свалки; около 4% компостируется, а остальная часть сжигается.

    Заинтересованные стороны в отрасли

    • Региональные советы
    • Системы интенсивного животноводства, включая свинарники, молочные и мясные откормочные площадки
    • Генераторы зеленых отходов, в том числе домашние хозяйства, общественные группы и промышленность
    • Пользователи компоста, включая фермеров, садоводов и садоводов

    Вернуться к началу

    Источники информации

    Некоторые примеры и источники информации

    Австралийская ассоциация по переработке органических веществ (AORA) — это национальная организация, которая занимается повышением осведомленности о преимуществах переработки органических ресурсов.AORA является сторонником более широкой индустрии восстановления органических ресурсов и полезного повторного использования.

    Веб-сайт «Компост для почв» — это бесплатный независимый источник информации об использовании компоста в сельскохозяйственных системах. На веб-сайте есть информационные бюллетени и тематические исследования по коммерческому использованию компоста для выращивания овощей, винограда, деревьев и посевов.

    Австралийская ассоциация управления отходами (WMAA) поддерживает устойчивое управление отходами и ресурсами по всей Австралии. В филиале WMAA в Западной Австралии есть группа по интересам под названием Compost WA.

    Несколько региональных советов местного самоуправления, такие как Южный столичный региональный совет и Региональный совет Миндари, объединили ресурсы для разработки передовых крупномасштабных систем переработки органических отходов.

    Публикации

    Ayalon, O & Avnimenelech, Y 2001, «Обработка твердых отходов как высокоприоритетная и недорогая альтернатива для снижения выбросов парниковых газов», Environmental Management , vol. 27, pp. 697–704, просмотрено 12 августа 2016 г., ildesal.org.il/pdf/Professors/Yoram_Avimelech/4.pdf

    Берналь, депутат, Альбуркерк, Дж. А. и Морал, Р. 2009, «Компостирование навоза и химические критерии для оценки зрелости компоста. Обзор », Bioresource Technology , vol. 100. С. 5444–53.

    Отчет Калифорнийского агентства по охране окружающей среды 2011, Метод оценки сокращения выбросов парниковых газов из компоста из коммерческих органических отходов, Отдел планирования и технической поддержки, Калифорнийский совет по воздушным ресурсам, просмотр 12 августа 2016 г., отн.ca.gov/cc/protocols/localgov/pubs/compost_method.pdf

    Дэвид, С. и Кинг, С. 2005, Влияние улучшения органического вещества почвы с помощью компоста при выращивании больших площадей, Системы органического земледелия, Коттесло, Западная Австралия.

    Департамент окружающей среды и основной промышленности, Компостирование испорченного сена, просмотрено 19 октября 2015 г., depi.vic.gov.au/agriculture-and-food/dairy/managing-effluent/composting-spoiled-hay

    Департамент окружающей среды и Энергия 2015, «Методы фонда сокращения выбросов», окружающая среда.gov.au/climate-change/emissions-reduction-fund/methods

    Doorn, MRJ & Barlaz, MA 1995, Оценка глобальных выбросов метана со свалок и открытых свалок , EPA-600 / R-95-019, США Управление исследований и разработок Агентства по охране окружающей среды, Вашингтон, округ Колумбия.

    Herczeg, M 2013, Управление бытовыми отходами в Австрии , Отчет Европейского агентства по окружающей среде, Копенгаген.

    Hyder Consulting Pty Ltd, 2009 «Отходы и переработка в Австралии», исправленный отчет, Департамент окружающей среды, водных ресурсов, наследия и искусства, Австралийское содружество, окружающая среда.gov.au/system/files/resources/ff342d4f-17a4-4c9f-bb1c-b95e01898751/files/waste-recycling2009.pdf

    IPCC 2014, Climate Change 2014: Synthesis Report. Вклад рабочих групп I, II и III в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата, Женева, Швейцария, просмотрен 16 августа 2016 г., ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/SYR_AR5_FINAL_full.pdf

    Jäckel, U, Kathrin, T & Kämpfer, P, 2006, «Производство и окисление термофильного метана в компосте», FEMS Microbiology Ecology , vol.52, нет. 2. С. 175–84.

    Лу, XF & Nair, J 2009, «Влияние захоронения и компостирования на выбросы парниковых газов — обзор», Bioresource Technology , vol. 100, нет. 16. С. 3792–98.

    Rural Industries Research and Development Corporation 2010, Оценка производства навоза от животных для производства метана , Публикация RIRDC № 10/151, Канберра.

    Южный столичный региональный совет, 2014 г., Южный столичный региональный совет, Годовой отчет за 2013-14 гг. , Бурагун, Западная Австралия smrc.com.au/wp-content/uploads/key-docs/Annual-Reports/SMRC%20Annual%20Report%202013-14.pdf

    Агентство по охране окружающей среды США, 2012 г., Производство, переработка и удаление муниципальных твердых отходов в США Штаты: факты и цифры за 2012 год, Агентство по охране окружающей среды США, epa.gov/osw/nonhaz/municipal/pubs/2012_msw_fs.pdf

    Zurbrügg, C 2002, «Управление твердыми городскими отходами в странах Азии с низким уровнем дохода: как to Cope with the Garbage Crisis », представленная Научному комитету по проблемам окружающей среды (SCOPE) на заседании по обзору управления твердыми отходами в городах, Дурбан, Южная Африка.

    Команда PNNL разрабатывает новый недорогой метод преобразования уловленного CO2 в метан

    Исследователи Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики разработали новый метод преобразования уловленного CO 2 в метан, основной компонент природного газа. Используя обедненный водой улавливающий растворитель после сжигания, (N- (2-этоксиэтил) -3-морфолинопропан-1-амин) (2-EEMPA), они достигли более 90% конверсии захваченного CO 2 в углеводороды — в основном метан — в присутствии гетерогенного Ru-катализатора в относительно мягких условиях реакции (170 ° C и давление 2).

    Технико-экономический анализ (TEA) показал, что предлагаемый интегрированный процесс потенциально может повысить термический КПД на 5% и снизить общие капитальные вложения и минимальную отпускную цену синтетического природного газа (SNG) на 32% и 12% соответственно по сравнению с обычным процессом Sabatier. подчеркивая энергетические и экономические преимущества интегрированного захвата и преобразования. Статья о работе опубликована в ChemSusChem .

    Метан, полученный из источников CO 2 и возобновляемых источников H 2 , является привлекательным топливом и имеет большой потенциал в качестве возобновляемого носителя водорода в качестве экологически безопасного подхода к улавливанию и утилизации углерода.

    — Heldebrant et al.

    Ранее в этом году исследователи PNNL обнаружили, что использование EEMPA на электростанциях может снизить стоимость улавливания углерода до 19% ниже стандартных промышленных затрат — это самая низкая документально подтвержденная цена улавливания углерода.

    Различные методы превращения CO 2 в метан известны давно. Однако большинство процессов основаны на высоких температурах и часто слишком дороги для широкого коммерческого использования.

    Помимо геологического производства, метан может производиться из возобновляемых или переработанных источников CO 2 и может использоваться как собственно топливо или как энергоноситель H 2 .«Хотя это парниковый газ и требует тщательного управления цепочкой поставок, у метана есть много применений, от использования в домашних условиях до промышленных процессов», — сказал соавтор и химик PNNL Йотисвари Котандараман.

    Чтобы изучить возможность использования EEMPA для преобразования CO 2 в метан, Котандараман и ее коллеги изучили молекулярные основы реакции, а затем оценили стоимость масштабного запуска процесса на электростанции мощностью 550 мегаватт.

    Обычно операторы завода могут улавливать CO 2 , используя специальные растворители, которые сбрасывают дымовой газ до его выхода из дымовых труб завода.Но эти традиционные растворители имеют относительно высокое содержание воды, что затрудняет преобразование метана.

    Использование EEMPA вместо этого снижает энергию, необходимую для подпитки такой реакции. Экономия частично объясняется способностью EEMPA облегчить растворение CO 2 , что означает, что для проведения конверсии требуется меньшее давление.

    Оценка авторов выявила дальнейшую экономию затрат, так как CO 2 , захваченный EEMPA, может быть преобразован в метан на месте. Традиционно CO 2 отделяется от водосодержащих растворителей и отправляется за пределы объекта для переработки или хранения под землей.Согласно новому методу, уловленный CO 2 может быть смешан с возобновляемым водородом и катализатором в простой камере, а затем нагрет до половины давления, используемого в традиционных методах для получения метана.

    По словам авторов, реакция эффективна, и EEMPA улавливает более 95 процентов CO 2 , выделяемого с дымовыми газами. Новый процесс также выделяет избыточное тепло, обеспечивая пар для выработки электроэнергии.

    Ресурсы

    • Хельдебрант, Д., Kothandaraman, J., Lopez, J..S., Jiang, Y., Walter, E..D., Burton, S..D. и Дагл, Р.А. (2021 г.), «Комплексное улавливание и преобразование CO2 в метан с использованием водо-обедненного растворителя улавливания CO2 после сжигания». ChemSus Chem. doi: 10.1002 / cssc.202101590

    Деревья выделяют горючий метан — вот что это означает для климата

    Эта статья была создана в сотрудничестве с Национальным географическим обществом.

    В 1907 году Фрэнсис Бушонг, профессор химии Канзасского университета, сообщил о новом открытии в журнале Chemical and Physical Papers .Он обнаружил в дереве метан, основной ингредиент природного газа.

    Годами ранее, писал он, он срубил несколько тополей и «наблюдал образование пузырей в соке на только что срезанном стволе, пне и щепках». Когда он чиркнул спичкой, газ загорелся синим пламенем. В университете он повторил испытание пламенем на тополе кампуса и на этот раз взял пробы газа. Концентрация метана была ненамного ниже уровня, измеренного в пробах с месторождений природного газа Канзаса.

    Об этой находке сообщили в основном как о новизне, и эта находка была утеряна.

    Древесный метан вернулся в большом разгаре.

    Расширяющаяся сеть исследователей обнаружила, что метан вытекает из деревьев из обширных затопленных лесов бассейна Амазонки в заболоченные торфяники Борнео, из лесов умеренного пояса на возвышенностях в Мэриленде и Венгрии до покрытых лесом горных склонов в Китае.

    Даже когда они привязывают к деревьям инструменты за 50 000 долларов для регистрации потоков газа, многие из этих исследователей не смогли устоять перед использованием зажигалки или спички для получения того же синего пламени, которое застало профессора Бушонга врасплох более века назад.

    Но сейчас исследования основаны на гораздо большем, чем новизна. Метан занимает второе место после углекислого газа по важности выбросов парниковых газов, связанных с глобальным потеплением. В трубопроводе природного газа метан является относительно чистым ископаемым топливом. Но это мощное удерживающее тепло дополнение к парниковому эффекту планеты, когда оно накапливается в атмосфере.

    Метан, выпущенный деревом, загорается. Предоставлено: Дэниел Йип и Кристофер Шадт, Национальная лаборатория Окриджа

    Газ накапливается до тех пор, пока новые выбросы превышают скорость, с которой его разрушают естественные химические реакции в воздухе или некоторых лесных почвах (обычно это занимает около десяти лет по сравнению с столетиям для углекислого газа).С 1750 года концентрация в атмосфере выросла более чем на 250 процентов (с примерно 700 частей на миллиард до более чем 1800 частей на миллиард). Основными человеческими источниками, связанными с ростом, являются глобальное сельское хозяйство, особенно животноводство и рисовые поля, свалки и выбросы от нефтегазовых операций и угольных шахт.

    Природные источники всегда производили большое количество газа — в настоящее время наравне с сельскохозяйственными. Основным источником является микробная активность на заболоченных кислородом заболоченных почвах и заболоченных территориях.(По всей видимости, потепление, вызванное деятельностью человека, приводит к расширению водно-болотных угодий, особенно в высоких широтах, добавляя еще больше выбросов метана.)

    Полное воздействие метана, производимого деревьями, на климат не может сравниться с выбросом десятков миллиардов тонн углекислого газа. ежегодно из дымовых труб и выхлопных труб, или метана, скажем, из огромных стада крупного рогатого скота или газовых полей человечества. Но в оценках, устанавливающих «глобальный бюджет метана», имеется достаточная неопределенность, поскольку деревья могут оказаться существенным источником.

    На данный момент это недавно открытая граница, — сказал Кристофер Кови, ученый из Скидморского колледжа, специализирующийся на химии и экологии лесов.

    «В глобальном масштабе это может быть огромным»

    «Выбросы от отдельного дерева небольшие, — сказал Кови. «Но есть несколько триллионов деревьев. В глобальном масштабе это может быть огромным ». Прошлой весной Кови организовал международный семинар для определения приоритетов исследований и только что опубликовал статью в номере New Phytologist , которая, по сути, является призывом о помощи со стороны множества дисциплин, еще не посвященных этой проблеме.Его соавтор — Дж. Патрик Мегонигал, исследователь деревьев из Смитсоновского центра экологических исследований в Мэриленде.

    Новые статьи публикуются месяц за месяцем с поразительной быстротой, при этом каждое измерение поля, по сути, представляет собой новое открытое для публикации открытие.

    «Мы все еще находимся на этапе сбора марок, — сказал Кови.

    Выводы уже оспаривают старые нормы. Долгое время считалось, что сухие горные леса удаляют метан из воздуха под действием класса почвенных микробов, называемых метанотрофами.Но работа Megonigal и других показывает, что выбросы деревьев могут уменьшить или, возможно, превысить эту способность очистки от метана.

    Введенный в заблуждение «плоский мир»

    Каким образом этот эффект, измеренный Бушонгом в 1907 году и неофициально отмеченный лесоводами на протяжении многих поколений, оставался скрытым так долго?

    На протяжении десятилетий ученые, изучающие потоки метана между наземными экосистемами и воздухом, устанавливали свои инструменты на землю, даже не подозревая, что деревья могут быть задействованы, сказал Винсент Гаучи, профессор экологии глобальных изменений в Британском Открытом университете и автор книги ряд недавних статей о роли метана в деревьях.

    Что все упустили, так это то, что стебли, стволы и листья деревьев — это тоже поверхность, и газ тоже может течь туда. «Мы смотрели на плоский мир», — сказал Гаучи.

    Не более. Считается, что большая часть метана, уходящего с деревьев в таких влажных условиях, является просто микробным метаном, который накачивается и удаляется, когда кислород стекает вниз к корням. Но Гаучи и другие ученые находят много случаев, когда деревья производят свой собственный метан — иногда из микробов в сердцевине древесины или других тканях, а в других случаях из-за замечательной прямой фотохимической реакции, которая, как считается, вызывается ультрафиолетовыми волнами солнечного света.

    Выбросы деревьев, измеренные в некоторых регионах, огромны: международная группа под руководством Суниты Пангала из Ланкастерского университета в прошлом году оценила в Nature , что только деревья в сезонно затопляемых лесах Амазонки были источником от 14 до 25 миллионов. метрических тонн газа в год — количество, подобное оценкам выбросов метана из тундры по всей Арктике.

    Может показаться не таким уж удивительным, что деревья в лесах Амазонки являются каналом для этого газа, учитывая, что влажные почвы, торфяные болота и другие среды с низким содержанием кислорода являются областью микробов, которые производят этот газ.Но другие исследования показали, что деревья выделяют значительное количество метана даже в сухих горных экосистемах — в некоторых случаях в стволе дерева, а не в почве.

    Такие открытия стимулировали еще большую работу, и кажется, что куда бы кто-нибудь ни посмотрел, картина становится все более последовательной и запутанной.

    В каждом масштабе, от целых лесов до скоплений похожих деревьев в лесу и до динамики отдельных деревьев, единственной постоянной является вариация, сказал Мегонигал из Смитсоновского исследовательского центра в Мэриленде.

    Кови описал леса, где одинаковые деревья на одинаковых почвах были измерены с пятидесятикратной разницей в выбросах метана.

    Было установлено, что некоторые деревья выделяют метан у основания и поглощают его выше по стволу.

    Но это не последнее. Более тщательный анализ показал, что одно дерево может поглощать метан около основания в результате микробных процессов и выбрасывать его выше по стволу.

    Если добавить еще один, возможно, обнадеживающий поворот, выясняется, что некоторые деревья действительно поглощают метан.Работа еще не опубликована, но в прошлом году на встрече Европейского союза геонаук рассказали Гаучи, Пангала и еще один коллега.

    В ходе исследования изучались потоки метана в деревьях на влажных и сухих почвах от Центральной Америки и Амазонки до Великобритании и Швеции. Деревья на влажных почвах всегда были чистыми источниками выбросов метана, но деревья в более сухих условиях в некоторых регионах фактически были чистыми поглотителями газа.

    Уроки для климатической политики

    Появляющиеся результаты по метану и лесам, вероятно, вызовут дискуссии о следующих шагах климатической политики, связанной с лесами, которая долгое время фокусировалась на способности деревьев поглощать и накапливать углекислый газ, уделяя мало внимания к другим свойствам.

    «Что мы знаем о лесах, так это то, что они улавливают углерод», — сказал Кови. «Это то, что ты узнаешь из мультяшного рисунка леса третьеклассником».

    Реальность для климата более сложная. «Есть глобальное потепление, но нет глобального леса», — сказал он.

    Парижское соглашение об изменении климата 2015 года поддерживает лесные проекты как способ сокращения выбросов углекислого газа, которые страны до сих пор не смогли ограничить у источника. Организация Объединенных Наций начала кампанию за триллион деревьев.У компаний и потребителей есть множество способов потратить деньги на лесные проекты через «компенсацию выбросов углерода», чтобы компенсировать выбросы от поездок и тому подобное.

    В интервью Кови и другие исследователи, изучающие вопрос о древесном метане, подчеркивают, что не спорят о том, что такие усилия следует приостановить, отмечая многие преимущества сохранения лесов, включая хранение углерода, устойчивость к наводнениям и защиту богатых видами экосистем.

    Независимо от климатической дипломатии, страны по всему миру работают над ускорением сохранения лесов в рамках отдельного соглашения, Конвенции о биологическом разнообразии, чтобы сохранить их ценность как место обитания огромного множества видов.

    Но результаты исследования метана подчеркивают важность оценки всего диапазона климатических воздействий — в лучшую или в худшую сторону — различных лесов и типов деревьев в разных регионах. Как и лучшее понимание экологии лесов, это может затем направить проекты для максимизации выгод и ограничения рисков.

    В последние годы другие исследования, посвященные полному влиянию лесов на климатическую систему, показали, как сосредоточение внимания на CO2 может упустить значительные дополнительные охлаждающие преимущества лесов и — в некоторых регионах и лесных владениях — значительные эффекты потепления.

    «В некоторых лесах все стрелки указывают в одном направлении», — сказал Кови, описывая различные способы воздействия деревьев на климат. «Есть и другие места, где стрелки не совпадают».

    Он и другие исследователи заявили, что более четкое представление может улучшить климатические модели, а также помочь обеспечить максимальную эффективность программ, ориентированных на климатическую ценность лесов.

    В более высоких широтах простой переход от светоотражающей открытой земли к темным кронам деревьев с шероховатой поверхностью может согреть местный климат за счет поглощения большего количества солнечного света.Леса в тропиках особенно ценны для местного климата, охлаждая воздух вокруг них, поскольку их метаболические механизмы приводят к огромному испарению, а это также может привести к усилению солнцезащитного облачного покрова и осадков.

    Другая работа показала, как сложный массив летучих органических соединений, испускаемых деревьями, реагирует, создавая дымку и облака, различными способами влияя на температуру и осадки. В 2014 году разгорелась дискуссия из-за чрезмерно перегруженных заголовков, подразумевающих, что эта работа, в частности исследования атмосферного химика Надин Унгер, работавшая тогда в Йельском университете, означала, что леса не следует спасать.

    Никто из опрошенных для этой статьи, включая Унгера, не считает это так. Сейчас, работая в Университете Эксетера, она сказала, что необходимы комплексные оценки лесов и климата с учетом всего набора объектов недвижимости.

    Что особенно примечательно сейчас, так это то, что она и некоторые из ее прошлых критиков подчеркивают, что основной задачей мира должно быть сокращение выбросов углекислого газа у источника, даже несмотря на то, что леса сохраняются для всех благ, которые они дают.

    «Наш лучший шанс для достижения глобальных целей Парижского соглашения в области температуры — это лазерное сосредоточение на сокращении выбросов CO2 от энергопотребления в богатых странах средних широт», — сказал Унгер.

    Ее точка зрения перекликается с комментарием ряда ученых в выпуске журнала Science от 1 марта о том, чтобы «решения, связанные с естественным климатом», в том числе проекты, ориентированные на леса, не рассматривались как альтернатива проведению глубоких и быстрых сокращений выбросов парниковых газов. -газовые выбросы. Они сказали, что оба будут необходимы.

    Уильям Р. Мумо, почетный профессор международной экологической политики в Университете Тафтса, сказал, что всегда будет неопределенность в оценке всего сочетания климатических воздействий лесов.Но это не должно мешать продвижению программ по их расширению или повышению их способности удерживать углерод. По словам Мумау, масса доказательств по-прежнему указывает на то, что леса являются ключом к поддержанию безопасного климата.

    Author: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *