Климатическая повестка, энергетика и метан

Главная движущая сила современных изменений климата — растущее содержание парниковых газов в атмосфере в результате самых разных причин, но в первую очередь — под воздействием хозяйственной деятельности человечества. Атмосферный метан, являющийся третьим по значимости (после водяного пара и углекислого газа) парниковым газом, играет важную роль в процессах формирования регионального климата, особенно в Северном полушарии, где проживает большая часть населения планеты.

Содержание метана в атмосфере определяется соотношением процессов его поступления в воздух (выбросы, эмиссия) и выведения (сток) и зависит от их изменчивости на протяжении определенного временного промежутка. Эмиссии формируются как за счет естественных биохимических и геохимических процессов, так и за счет антропогенных. Выведение метана из атмосферы (сток) определяется совокупной скоростью его химического разрушения в атмосфере и поглощения почвой.

В доиндустриальную эпоху — примерно до 1750 г. — концентрация метана в атмосфере никогда не превышала 800 ppb, и ее колебания определялись только естественными процессами, поскольку интенсивность хозяйственной деятельности человечества была незначительной. В настоящее время глобальные концентрации метана в атмосфере у поверхности Земли достигают, а даже превосходят 1800 ppb.

В самой атмосфере метан практически не образуется, поэтому его поступление в атмосферу и его стоки полностью связаны с процессами на земной поверхности. Согласно современным оценкам, время жизни метана в атмосфере — от 8 до 15 лет. По данным Пятого доклада МГЭИК, этот период составляет примерно 12,5 лет. Напомним, что время жизни углекислого газа в атмосфере Земли — порядка столетия. Кроме времени жизни, метан отличается от углекислого газа еще и способностью поглощать тепловое излучение, что и определяет способность того или иного газа создавать парниковый эффект. У метана эта поглощательная способность во много раз больше, чем у углекислого газа. За относительно короткий период (одно-два десятилетия) изменение содержания (выброс) метана в атмосферу влияет на температуру поверхности Земли значительно сильнее, чем аналогичное изменение содержания (выброс) углекислого газа.

Регулирование выбросов метана и углекислого газа — задачи принципиально разные. Меры, направленные на сокращение антропогенной эмиссии СО2, могут сказаться только через много десятилетий. Поэтому сегодня активно обсуждаются действия, направленные на сокращение выбросов короткоживущих парниковых газов, к которым относится и метан, чье воздействие на климат значительно, а время пребывания в атмосфере относительно невелико.

На климатической конференции в Глазго (COP26) в 2021 г. почти 100 стран приняли добровольное обязательство, названое Глобальным обязательством по метану (Global Methane Pledge), по которому они собираются сократить выбросы метана по крайней мере на 30% к 2030 г. по сравнению с уровнем 2020 г. На COP27 был анонсирован ряд новых инициатив, среди которых идея создания спутниковой системы оповещения и реагирования на выбросы метана, которая позволит Организации ООН по окружающей среде — ЮНЕП верифицировать выбросы, о которых сообщают корпорации разных стран, и фиксировать изменения величин выбросов, в основном на объектах ТЭК, сельского хозяйства и животноводства.

Радикальное сокращение выбросов метана объявлено одной из основных тем COP28. Президент COP28 Султан аль-Жабер заявил, что к 2030 г. необходимо прекратить выбросы метана на нефтегазовом производстве и значительно ускорить развитие технологий по улавливанию и хранению углерода, которые сейчас находятся в экспериментальной стадии.

Глобальная интенсивность антропогенных источников метана в настоящее время близка к 350 Тг СН4/год, причем более половины этой эмиссии обусловлено сельскохозяйственной деятельностью (животноводством, рисоводством и ферментацией мусора). Вторым по значимости антропогенным источником метана является использование ископаемого топлива (угля, нефти, природного газа). И в этих секторах мирового хозяйства вклад России в мировую антропогенную эмиссию метана не превышает 7–10%.

В целом антропогенные выбросы метана сравнимы с природными. Но стоит помнить, что они включают в себя не только выбросы от объектов нефтегазового и топливно-энергетического комплексов, но и от утилизации отходов, сельского хозяйства и животноводства. В рамках проекта «Глобальный бюджет метана» выполнена огромная работа по оценке особенностей выбросов метана в выбранных регионах мира, которая показала, что на Китай, Юго-Восточную Азию, США, Южную Азию и Бразилию приходится более 40% общего (природного и антропогенного) объема глобальных выбросов метана. При этом Китай и Южная Азия отвечают более чем за четверть общемировых антропогенных выбросов метана.

Интенсивность эмиссии метана от нефтегазового сектора в России составляет 70–80% от всех антропогенных выбросов, что в свою очередь составляет 40–50% от интенсивности всех эмиссий метана с территории России. Российский энергетический сектор предпринимает определенные усилия для снижения своего углеродного следа — в частности, путем уменьшения выбросов метана при добыче, транспортировке и потреблении нефти, газа и угля. Для более успешной работы в этом направлении по инициативе и при поддержке ПАО «Газпром» в 2021 г. Российская академия наук выполнила фундаментальное исследование «Оценка воздействия метана на климатические изменения».

По своей основной деятельности я не являюсь ни специалистом по химии метана, ни разработчиком современных моделей Земной климатической системы, ни переговорщиком на Конференциях сторон РКИК. Однако время от времени мне доводилось участвовать в научных исследованиях по изучению изменчивости содержания метана в атмосфере на различных временных и пространственных масштабах и влияния мощных выбросов метана на климат Земли. Кроме того, я три года подряд участвовал в Конференциях сторон РКИК (СОР11, Монреаль, 2005; СОР12, Найроби, 2006; СОР13, Бали, 2007). Более полувека я работаю в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (в советское время Институт физики атмосферы АН СССР) и все это время так или иначе связан с климатической повесткой, поэтому мне было очень интересно сделать краткий обзор состояния дел в этой области в преддверие СОР28.

Метан и климат

Константин Суховерхов:
Перспективы «зеленого» перехода России в условиях санкционного давления стран Запада

Уже многие десятилетия ученых, правительства и неравнодушную общественность практически всех стран мира волнуют происходящие и прогнозируемые глобальные изменения климата, а также влияние этих изменений на экономику, качество жизни и здоровье населения различных регионов Земли.

В 1988 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Программа по окружающей среде ООН (ЮНЕП) учредили Межправительственную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК) — форум тысяч ученых со всего мира. В том же году Генеральная Ассамблея ООН впервые рассмотрела вопрос об изменении климата и приняла резолюцию 43/53 «О защите глобального климата в интересах нынешнего и будущих поколений человечества». В 1990 г. МГЭИК выпустила свой Первый оценочный доклад, а в 2022 г. вышел уже Шестой оценочный доклад МГЭИК. На Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. была принята Рамочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК), а на Третьей конференции Сторон РКИК (Conference of Parties, СОР3) — Киотский протокол. Эти события конца ХХ в. возвели климатическую повестку в ранг одной из основных озабоченностей мирового сообщества.

Главная движущая сила современных изменений климата — растущее содержание парниковых газов в атмосфере в результате самых разных причин, но в первую очередь — под воздействием хозяйственной деятельности человечества. В перечень парниковых газов, регулируемых Киотским протоколом, входят диоксид углерода (СО₂), метан (СН₄), закись азота (N₂O), гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ) и гексафторид серы (SF₆).

Основным парниковым газом является водяной пар, который ответственен за большую часть парникового эффекта в атмосфере Земли, но человечество не может сколько-нибудь заметно влиять на его содержание. Атмосферный метан, являющийся третьим по значимости (после водяного пара и углекислого газа) парниковым газом, играет важную роль в процессах формирования регионального климата, особенно в Северном полушарии, где проживает большая часть населения планеты.

Содержание метана в атмосфере определяется соотношением процессов его поступления в воздух (выбросы, эмиссия) и выведения (сток) и зависит от их изменчивости на протяжении определенного временного промежутка. Эмиссии формируются как за счет естественных биохимических и геохимических процессов, так и за счет антропогенных. Выведение метана из атмосферы (сток) определяется совокупной скоростью его химического разрушения в атмосфере и поглощения почвой.

В доиндустриальную эпоху — примерно до 1750 г. — концентрация метана в атмосфере никогда не превышала 800 ppb (частей на миллиард), и ее колебания определялись только естественными процессами, поскольку интенсивность хозяйственной деятельности человечества была незначительной. В настоящее время глобальные концентрации метана в атмосфере у поверхности Земли достигают, и даже превосходят 1800 ppb.

Источники метана, естественно, делятся на природные и антропогенные, хотя часть из них может быть смешанного типа. В самой атмосфере метан практически не образуется, поэтому его поступление в атмосферу и его стоки полностью связаны с процессами на земной поверхности. Метан в атмосферу попадает в результате химической горения органики — биогенный метан; деятельности метаногенных бактерий в донных отложениях болот и других водоемов, в желудках насекомых и животных (преимущественно жвачных) — бактериальный метан; из глубин 3–10 км, где органические вещества подвергаются химической трансформации в условиях высоких температуры и давления — термогенный метан; в результате химических реакций неорганических соединений на больших глубинах — абиогенный метан; а также в результате добычи, транспортировки и использования ископаемого топлива — техногенный метан.

Игорь Макаров:
«Зеленый» переход произойдет в любом случае, вопрос в том — как

Из атмосферы метан выводится преимущественно естественным путем вследствие химических реакций в атмосфере и биохимических процессов в почве. Поскольку он мало растворим в воде, его удаление из атмосферы с осадками практически не происходит.

Антропогенный сток метана из атмосферы невелик и происходит за счет использования технологий его улавливания и утилизации CH₄ от антропогенных источников, а также при извлечении метана из естественных резервуаров для дальнейшего использования.

Согласно современным оценкам, время жизни метана в атмосфере — от 8 до 15 лет. По данным Пятого доклада МГЭИК (2014 г.), этот период составляет примерно 12,5 лет. Напомним, что время жизни углекислого газа в атмосфере Земли — порядка столетия. Кроме времени жизни, метан отличается от углекислого газа еще и способностью поглощать тепловое излучение, что и определяет способность того или иного газа создавать парниковый эффект. У метана эта поглощательная способность во много раз больше, чем у углекислого газа.

В итоге возникает следующая картина — за относительно короткий период (одно-два десятилетия) изменение содержания (выброс) метана в атмосферу влияет на температуру поверхности Земли значительно сильнее, чем аналогичное изменение содержания (выброс) углекислого газа. По прошествии нескольких десятилетий эффекты метана и углекислого газа могут стать близкими друг к другу, а затем эффект сохранившегося в атмосфере углекислого газа будет превалировать.

Регулирование выбросов метана и углекислого газа — задачи принципиально разные. Меры, направленные на сокращение антропогенной эмиссии СО_2, могут сказаться только через много десятилетий. Поэтому сегодня активно обсуждаются действия, направленные на сокращение выбросов короткоживущих парниковых газов, к которым относится и метан, чье воздействие на климат значительно, а время пребывания в атмосфере относительно невелико.

Конференция сторон РКИК

В ноябре 2023 г. в Объединенных Арабских Эмиратах откроется 28-я сессия Конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата (COP, Conference of the Parties). Сегодня это единственная по-настоящему международная площадка для обсуждения современной климатической повестки. Каждая Конференция сторон по инициативе принимающей страны старается войти в историю, поднимая ту или иную насущную проблему влияния уже наблюдаемых и прогнозируемых изменений климата на природу и человечество. Предыдущая COP27, состоявшаяся в 2022 г., собрала в Шарм-эш-Шейхе (Египет) более 35 тыс. делегатов из почти 200 стран.

Наиболее важным решением COP27 стало создание Фонда по финансированию «потерь и ущерба» («loss and damage»). Достижением COP27 можно считать некоторый прогресс в области адаптации к изменению климата: стороны договорились о шагах для достижения Глобальной цели по адаптации, которые должны быть утверждены на COP28. Конкретные рекомендации по введению в действие механизмов финансирования такого Фонда по финансированию будут обсуждаться и на COP28 в Дубае в этом году.

Алексей Кокорин:
Не надо драматизировать ситуацию на пути решения климатической проблемы

На COP27 был анонсирован ряд новых инициатив, среди которых идея создания спутниковой системы оповещения и реагирования на выбросы метана (Methane Alert and Response System, MARS), которая позволит Организации ООН по окружающей среде — ЮНЕП верифицировать выбросы, о которых сообщают корпорации разных стран, и фиксировать изменения величин выбросов, в основном на объектах ТЭК, сельского хозяйства и животноводства.

Напомним, что на климатической конференции в Глазго (COP26) в 2021 г. почти 100 стран приняли добровольное обязательство, названое Глобальным обязательством по метану (Global Methane Pledge), по которому они собираются сократить выбросы метана по крайней мере на 30% к 2030 г. по сравнению с уровнем 2020 г.

В этом контексте становится понятно, почему одной из основных тем COP28 объявлено радикальное сокращение выбросов метана. Президент COP28 Султан аль-Жабер заявил, что к 2030 г. необходимо прекратить выбросы метана на нефтегазовом производстве и значительно ускорить развитие технологий по улавливанию и хранению углерода, которые сейчас находятся в экспериментальной стадии. Иными словами, Объединенные Арабские Эмираты призвали нефтегазовые компании полностью отказаться от выбросов метана к 2030 г.

Однако министр ОАЭ по вопросам изменения климата и окружающей среды Мариам Альмейри более осторожна в своих высказываниях. Она считает, что на СОР28 в декабре 2023 г. мир должен согласиться на поэтапный отказ от выбросов СО₂, а не от использования нефти, газа и угля. «Сейчас мы переживаем переходный период, и этот переход должен быть справедливым и прагматичным, потому что не у всех стран есть ресурсы», — отметила она в интервью агентству «Reuters».

Разные страны — разные выбросы

Современная глобальная интенсивность естественных источников метана составляет, по разным оценкам, от 180 до 250 Тг (1 тераграмм составляет 10¹² грамм) метана в год, при этом вклад России в эту эмиссию — около 10% и связан преимущественно с водно-болотными угодиями.

Глобальная интенсивность антропогенных источников метана в настоящее время близка к 350 Тг СН₄/год, причем более половины этой эмиссии обусловлено сельскохозяйственной деятельностью (животноводством, рисоводством и ферментацией мусора). Вторым по значимости антропогенным источником метана является использование ископаемого топлива (угля, нефти, природного газа). И в этих секторах мирового хозяйства вклад России в мировую антропогенную эмиссию метана не превышает 7–10%.

Александр Гинзбург:
России «зеленый» переход в ближайшей перспективе «не светит»

В целом антропогенные выбросы метана сравнимы с природными. Но стоит помнить, что они включают в себя не только выбросы от объектов нефтегазового и топливно-энергетического комплексов, но и от утилизации отходов, сельского хозяйства и животноводства. В рамках проекта «Глобальный бюджет метана» выполнена огромная работа по оценке особенностей выбросов метана в выбранных регионах мира, которая показала, что на Китай, Юго-Восточную Азию, США, Южную Азию и Бразилию приходится более 40% общего (природного и антропогенного) объема глобальных выбросов метана. При этом Китай и Южная Азия отвечают более чем за четверть общемировых антропогенных выбросов метана. Китай и Ближний Восток в первые десятилетия XXI в. демонстрируют наибольший рост выбросов (на 20%), а в Европе, Корее и Японии наблюдается устойчивое снижение уровня выбросов CH₄, при этом общий объем выбросов за это время сократился примерно на 10%.

Кроме проекта исследования глобального бюджета метана при ООН существует Международная обсерватория эмиссии метана (UN International Methane Emissions Observatory, IMEO), специалисты которой считают, что Туркменистан является одной из стран, где особенно необходимы глобальные действия по борьбе с выбросами метана, то же относится и к другим крупным странам-эмитентам, таким как Россия, США, Иран, Ирак, Китай, Ливия, Алжир, Венесуэла и Канада. По данным спутниковых наблюдений, в Туркменистане в 2022 г. произошел мощный выброс парниковых газов, который сравним с выбросом от 67 млн автомобилей.

Российские аспекты метановой проблемы

Возвращаясь к российским реалиям, стоит напомнить, что в России добыча нефти и газа вносит относительно большой вклад в интенсивность антропогенных (а также полных) эмиссий метана в атмосферу. Интенсивность эмиссии метана от нефтегазового сектора в России составляет 70–80% от всех антропогенных выбросов (в мире в целом — не более одной трети), что в свою очередь составляет 40–50% от интенсивности всех эмиссий метана с территории России, а глобально вклад добычи нефти и газа не превышает 20% в суммарную эмиссию метана от всех источников.

Российский энергетический сектор предпринимает определенные усилия для снижения своего углеродного следа — в частности, путем уменьшения выбросов метана при добыче, транспортировке и потреблении нефти, газа и угля. Для более успешной работы в этом направлении по инициативе и при поддержке ПАО «Газпром» в 2021 г. Российская академия наук выполнила фундаментальное исследование «Оценка воздействия метана на климатические изменения» [1].

Ангарский каскад гидроэлектростанций (Иркутская, Братская и Усть-Илимская ГЭС эксплуатируются En+, Богучанская – совместно РусГидро и En+).

Кроме того, многие крупнейшие российские компании вкладывают большие усилия и средства в организацию исследований баланса метана на своих основных объектах и в целом на территории России. Ярким примером многолетнего сотрудничества крупных энергетических компаний с научным сообществом является программа измерения и анализа потоков метана на более чем 10 водохранилищах больших ГЭС, осуществляемая по инициативе и поддержке компаний «РусГидро» и «En+» сотрудниками Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, Института глобального климата и экологии имени академика Ю. А. Израэля и МГУ им. М. В. Ломоносова.

Ранее в экспертном сообществе высказывались мнения, что водохранилища ГЭС являются серьёзными эмитентами парниковых газов (метана и СО₂). В связи с этим в Канаде и Норвегии были проведены исследования на большинстве гидроэлектростанций, которые показали относительно небольшой углеродный след этих водохранилищ. Опыт специалистов Международной ассоциации гидроэнергетики (IHA) и Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) был использован при исследовании потоков метана на Ангарском каскаде водохранилищ гидроэлектростанций En+ и РусГидро.

Для получения полной картины проводились измерения весной, летом и осенью (зимой водоёмы в России в большинстве своем покрыты льдом). Результаты этих исследований показывают, что в России, как и в других северных странах, гидрогенерация остаётся одним из самых низкоуглеродных видов производства электрической энергии.

Чего ждать от СОР28?

От очередной Конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата в Дубае в конце 2023 г., как и от многих предыдущих, трудно ожидать судьбоносных глобальных решений, особенно в период значительного всемирного взаимонепонимания. Тем не менее стоит рассчитывать, что СОР28 внесет существенный вклад в консолидацию усилий большинства стран мира по снижению выбросов метана от объектов различных отраслей экономики, таких как нефтегазовый и угольный сектора (добыча, транспортировка и потребление ископаемого топлива), генерация и потребление электроэнергии. Вероятно, на следующих конференциях РКИК следовало бы уделить больше внимания проблеме уменьшения эмиссии метана в сферах сельского хозяйства и утилизации отходов.

1. Метан и климатические изменения: научные проблемы и технологические аспекты / Под ред. В.Г. Бондура, И.И. Мохова и А.А. Макоско. М.: Российская академия наук, 2022, 398 с.