چگونه ممکن است ماهواره‌ها کلید حل بحران متان را در دست داشته باشند؟

ماه گذشته، دانشمندانی که با داده‌های «Tropomi» - یک ابزار نظارتی ماهواره «Sentinel-5P» آژانس فضایی اروپا – کار می‌کردند، یافته‌های شگفت‌انگیزی را منتشر کردند. این تیم با نوشتن مقاله‌ای در مجله «Science» گزارش داد که حدود 1800 نمونه از انتشار عظیم متان (بیش از 25 تن در ساعت) در جو در سال‌های 2019 و 2020 مشاهده شده است که می‌توان آن را بحران متان نامید. دو سوم از این میزان منتشر شده، از تاسیسات نفت و گاز بوده است. این تیم گفت: «نشتی‌ها از بزرگترین حوضه‌های نفت و گاز در سراسر جهان و همچنین خطوط لوله انتقال اصلی بوده است.»

«Lena Höglund-Isaksson»، محقق متان در موسسه بین‌المللی تحلیل سیستم‌های کاربردی می‌گوید: «Tropomi در سال 2017 راه‌اندازی شد و گام بزرگی در زمینه تحقیق روی متان به شمار می‌رود. این وسیله، اولین ابزار فضایی است که می‌تواند توده‌های انتشار متان را به صورت مستقیم ببیند. Tropomi پیش از این به کشف نشت‌های عظیم متان در ترکمنستان کمک شایانی کرده است – رخدادی که دانشمندان از آن مطلع نبودند.»

اما این انتشارات ثبت شده تنها ارقام قابل اندازه‌گیری هستند. «رایلی دورن»، مدیر اجرایی این پروژه و محقق در دانشگاه آریزونا که یکی از نویسندگان این مقاله است، می‌گوید: «ماهواره‌هایی که در مدار زمین می‌چرخند، تنها قادرند حدود 10 درصد از انتشار گاز متان را اندازه‌ بگیرند. 90 درصد باقی‌مانده که بسیار پراکنده هستند، برای ماهواره‌ها قابل اندازه‌گیری نیستند و برای مدتی طولانی ناشناخته می‌مانند.»

تشخیص دقیق اینکه متان از کجا می‌آید و سبب بحران متان می‌شود، درحال تبدیل شدن به امری ضروری در سطح جهانی است. تجزیه و تحلیل داده‌های بدست آمده از آژانس بین‌المللی انرژی نشان داده است که انتشار متان از نفت، گاز و زغال سنگ حدود 70 درصد بیشتر از آن چیزی است که دولت‌ها به صورت رسمی گزارش می‌کنند. اگر جهان قرار است تلاش کند تا این رقم را به صورتی قابل توجه کاهش دهد، باید از منبع آن آگاه شود.

برنامه‌های آینده در بررسی بحران متان

دانشمندان قصد دارند در چند سال آینده، چندین ماهواره جدید و قدرتمند که وضوح بیشتری دارند را، به فضا پرتاب کنند. یکی از این ماهواره‌ها «MethaneSat» نام دارد که طبق برنامه‌ریزی‌های صندوق غیردولتی دفاع از محیط زیست در ایالات متحده «EDF» پشتیبانی می‌شود. این ماهواره در سال 2030 به فضا فرستاده می‌شود. ماهواره «Carbon Mapper» نیز تا سال 2023 در فضا حضور خواهد یافت تا به تکمیل اطلاعات دانشمندان کمک کند.

این ماهواره‌ها آنقدر قدرتمند هستند که برای اولین بار امکان ردیابی منابع این گازهای گلخانه‌ای را فراهم می‌کنند. دانشمندان امیدوارند بتوانند به کمک این ماهواره‌ها به توقیف انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کنند.

متان پس از دی‌اکسید کربن دومین عامل اصلی تغییرات آب و هوایی و گرمایش زمین است. اما متاسفانه این عامل تا مدتی پیش نادیده گرفته می‌شد و تمرکز اصلی بر روی دی‌اکسید کربن بود. «لیسا اوکو» دانشمند آب و هوا در EDF می‌گوید: «از لحاظ تاریخی، جهان بر روی تثبیت آب و هوا در دراز مدت تمرکز بسیاری داشته است و بیشتر انرژی خود را صرف کاهش تولید کربن‌دی اکسید کرده است. اما هیچوقت توجه چندانی به متان نشده است.»

درست است که متان برای مدت زمان بسیار کمتری نسبت به دی‌اکسید کربن در اتمسفر باقی می‌ماند، اما در همین زمان کوتاه نیز در گرم کردن کره زمین نقشی اساسی دارد. به عبارت دیگر، قدرت گرم‌کنندگی متان بسیار بیشتر از سایر گازهاست. در یک بازه زمانی بیست ساله را در نظر بگیریم، می‌بینیم گرمایشی که متان تولید می‌کند، بیش از 80 برابر بیشتر از گرمایش تولید شده توسط CO2 است. پس از صد سال، این رقم به حدود 30 برابر کاهش پیدا می‌کند. این بدان معناست که متان در کوتاه مدت تاثیر بیشتری بر گرمایش جهانی دارد، پس بحران متان امری ضروری در کنترل این معضل است.

در سال‌های اخیر انتشار متان همواره رو به افزایش بوده است – بین سال‌های 2000 تا 2017، حدود 8 الی 10 درصد افزایش یافته است. در ششمین گزارش ارزیابی گرمایش زمین و تغییرات آب و هوایی که در سال گذشته منتشر شد، هئیت بین دولتی سازمان ملل هشدار داد که متان انسانی ( گاز متان تولید شده ناشی از فعالیت‌ انسان‌ها) مسبب حدود نیمی از افزایش دمای کنونی زمین بوده است. مقابله با بحران متان تاثیر زیادی بر این ارقام خواهد داشت. دانشمندان هنوز در تردید هستند که آیا می‌توان گرمایش زمین را در حدود 1.5 درجه سانتی‎‌گراد نگه داشت یا خیر.

«جاناتان بنکس» مدیر بین‌المللی ابَر آلاینده‌ها در نیروی ویژه هوای پاک می‌گوید: «تا همین اواخر، ما واقعا درک کاملی از اینکه متان چه تاثیری در گرمایش زمین دارد، نداشتیم. اما حالا می‌دانیم باید چه کاری انجام دهیم. متان به دلیل اینکه یک آلاینده آب و هوایی در بازه زمانی کوتاه مدت است، به ما فرصت می‌دهد تا بحران گرمایش زمین را در مدت زمان کوتاهی رفع کنیم. باید به این نکته دقت کنیم که تنها گرم شدن کره زمین مسئله مهم برای ما نیست، بلکه سرعت این گرمایش نیز بسیار اهمیت دارد.»

پس از دهه‌ها تمرکز بر روی CO2، سال گذشته بیش از 100 کشور در کنفرانس تغییرات آب و هوایی «Cop26» متعهد شدند که انتشار گاز متان جهانی را تا سال 2030 در مقایسه با سال 2020، تا 30 درصد کاهش دهند. اوکو می‌گوید: «این واقعا هیجا‌ن‌انگیز است که ببینیم مردم نسبت به بحران متان واکنش نشان می‌دهند و برای برطرف کردن آن تلاش می‌کنند. داشتن یک هدف جداگانه برای متان واقعا ارزشمند است و کمک شایانی به حل مسئله گرمایش زمین می‌کند.» اوکو بر این باور است که این هدف بسیار بلندپروازانه است، اما از آنجایی که توجه حدود 100 کشور به آن جلب شده است، پس می‌توان با همکاری آن‌ها امید به دستیابی به این هدف داشت.

دانشمندان هنوز در درک منبع متان در فضا با سختی‌هایی روبرو هستند. «هوگلند ایزاکسسون» محقق در این زمینه می‌گوید: «اگر کشورها می‌خواهند به اهداف خود در زمینه حذف متان دست یابند، باید ابتدا به نحوی منبع آن را پیدا کرده و سپس درستی آن را اثبات کنند.»

دورن می‌گوید: «اکثریت عظیم انتشار متان در سیاره زمین از فعالیت‌های انسانی روزمره ناشی می‌شود که برای ما قابل باور نیست. این فعالیت‌ها که منجر به تولید متان می‌شوند را، فعالیت‌های «نامرئی انسانی» می‌نامیم زیرا نظارتی بر روی آن‌ها نمی‌توان داشت – حداقل به صورت منظم و جامع.»

به صورت طبیعی، تالاب‌ها منبع عظیمی از متان هستند اما این انتشارات در حال حاضر با انتشارات ناشی از فعالیت‌های انسان – مانند استفاده بی‌رویه از سوخت فسیلی، کشاورزی نادرست و تولید زباله – جایگزین شده است. کشاورزی بزرگترین منبع تولید متان توسط انسان است. درحال حاضر اقداماتی برای مقابله با این موارد صورت گرفته است، از استفاده از سیستم‌های مختلف تولید برنج گرفته تا انواع روش‌های پیشنهادی برای جلوگیری از انتشار گاز متان توسط دامداری‌ها.

محل‌های دفن زباله نیز می‌توانند مقدار قابل توجهی متان آزاد کنند. اما برای این مسئله نیز راه‌حل‌هایی وجود دارد: گاز محل دفن زباله می‌تواند جذب و مجددا استفاده شود – این کار آلودگی محلی را نیز کاهش می‌دهد. بنکس می‌گوید: «شناسایی مکان‌های بزرگی که متان منتشر می‌کنند، یک امر حیاتی است.»

با این‌حال، مطالعه‌ای که سال گذشته توسط EDF منتشر شد، نشان داد که این صنعت سوخت فسیلی است که بیشترین پتانسیل را برای کاهش انتشار گاز متان در کوتاه مدت و راحت‌ترین روش دارد.

این مطالعه نشان داد که 50 درصد از کل انتشار گاز متان از بخش نفت و گاز را می‌توان تا سال 2030 بدون تحمیل هزینه خاصی کاهش داد. به گفته اوکو، به صورت کلی این مطالعه ثابت کرد که حدود یک چهارم از انتشار جهانی متان را می‌توان با اقدامات مقرون به صرفه کاهش داد – مقداری که در حال حاضر جهان را به هدف کاهش 30 درصد گاز متان نزدیک می‌کند.

متان جز اصلی گاز طبیعی است و در صنعت نفت و گاز هر زمان که گاز طبیعی در اتمسفر آزاد می‌شود، به جای احتراق کربن دی‌اکسید منتشر می‌شود. سه منبع اصلی برای متان وجود دارد: تخلیه عمدی گاز متان، شعله‌ور شدن ناقص – که در آن گاز عمدا سوزانده می‌شود تا فروخته شود، اما به صورت کامل به دی‌اکسید کربن تبدیل نمی‌شود. و روش سوم انتشار عیرعمدی ناشی از نشت‌های تصادفی. مقدار قابل توجهی متان نیز از طریق استخراج زغال‌ سنگ آزاد می‌شود، زیرا متان موجود در نزدیکی زغال سنگ اغلب برای جلوگیری از انفجار در معدن تخلیه می‌شود.

به گفته اوکو، فناوری تشخیص در کمک به جلوگیری از نشتی در صنعت نفت و گاز مفید است. گاهی سفت کردن یک سوپاپ یا تعویض واشر یا تنظیم یک موتور – لوله‌کشی ساده‌ای که می‌توانید برای جلوگیری از بروز نشتی انجام دهید – به جلوگیری از انتشار متان کمک شایانی می‌کند. یادتان نرود چالش فقط این است که منبع اصلی نشت را تشخیص دهیم.

اجتماع سیاستمداران در Cop26 برای تعهد به تلاش در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای بسیار مفید بوده است. اما در حقیقت دانشمندان همیشه از سیاستمداران پیشی می‌گیرند. سالهاست که دانشمندان بر روی گام‌های اصلی در تشخیص متان مطالعه می‌کنند: نسل جدیدی از ماهواره‌ها که بینش عمیق‌تری را در مورد بحران متان در اختیار قرار می‌دهند.

دورن می‌گوید: «در طی دو یا سه سال آینده، شما یک گروه از ماهواره‌ها را خواهید داشت که به صورت مستقیم بر متان نظارت می‌کنند و اطلاعات جدید از وضعیت بحران متان در اختیار ما قرار می‌دهند. این ماهواره‌ها نمای کلی با جزئیات دقیق از محل انتشار متان را عرضه می‌کنند و سپس اپراتورها را راهنمایی می‌کنند تا چطور برای کاهش آن تصمیم بگیرند.»

ماهواره‌ها

اولین مورد از ماهواره‌هایی که بحران متان را بررسی می‌کنند، «MethaneSat» است که قرار است در سال 2030 داده‌هایی ارزشمند را به دست دانشمندان برساند. اوکو می‌گوید: «این ماهواره در مقایسه با Tropomi دقت بی‌سابقه‌ای دارد. این ماهواره قادر است نشت کمتر از 5 کیلوگرم در ساعت را در هر کیلومتر مربع ثبت کند. این ماهواره پوششی جهانی را فراهم می‌کند.

اوکو می‌گوید: «این ماهواره اطلاعاتی را در مورد میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای از یک منطقه خاص ارائه می‌کند که سپس می‌توان آن را در مورد هر کشور به صورت جداگانه مورد استفاده قرار داد. بنابراین این ماهواره تمام نقاط مختلف را پوشش می‌دهد. همچنین زمانی که نشت‌های بزرگ وجود داشته باشد یا اگر اتفاقی ناگهانی بیفتد، این ماهواره سریعا به دانشمندان اطلاع خواهد داد. بنابراین آن‌ها قادر خواهند بود منبع را مشخص کنند و به جای اینکه اجازه دهند نشتی ادامه یابد، آن را در اسرع وقت تعمیر کنند.»

اوکو اضافه می‌کند: «ماهواره MethaneSat به ویژه برای درک بهتر متان در مناطقی از جهان که در آن پرواز با هواپیمای حامل سنسور دشوار است – مانند مناطقی از روسیه. این ماهواره با دقت بالایی که در شناسایی منابع متان در جهان دارد، به حل معمای میزان دقیق انتشار گازهای گلخانه‌ای در سطح ناشی از استفاده از نفت و گاز کمک می‌کند.»

در همین حال، ماهواره «Carbon Mapper» می‌تواند بر روی منابع مجزای متان با وضوح 30 متر تمرکز کند. درون می‌گوید: «هدف نهایی این ماهواره ارائه نقشه‌ای است که بتوان به صورت هفتگی و یا حتی روزانه بر تمام مناطقی که متان منتشر می‌کنند، نظارت کرد.» زمانی که این ماهواره‌ها کم‌کم در مدار زمین قرار بگیرند، دانشمندان قادر خواهند بود تا 90 درصد از منبع نشت‌های متان را با دقت بالایی تشخیص دهند.

به گفته بنکس، چیزی که در مورد فرستادن هر دو ماهواره به فضا عالی است، این است که آن‌ها مکمل یکدیگر هستند. او می‌گوید: «MethaneSat بیشتر شبیه به یک لنز زاویه باز است که فضای بزرگتری را پوشش خواهد داد. اما ماهواره Carbon Mapper شبیه به یک لنز فوتو است که امکان بزرگنمایی از منبعی خاص را فراهم می‌کند. بنابراین آن‌ها باهم کار می‌کنند. من فکر می‌کنم که آن‌ها به طرز چشمگیری درک ما را از بحران متان تغییر دهند.»

Höglund-Isaksson می‌گوید: «رسیدن به سطحی که بتوانیم انتشار گازهای گلخانه‌ای را به صورت مستقیم از روی سایت ببینیم، این امکان را برای دولت‌ها فراهم می‌کند که شرکت‌های مسئول را شناسایی کرده و آن‌ها تحت فشار بگذارند تا دست از تولید گازهای گلخانه‌ای بکشند.» او خاطر نشان می‌کند: «تاکنون هیچ راهی برای نظارت مستمر به این صورت وجود نداشته است. ما کمی در تاریکی به سر می‌بردیم زیرا هیچ راهی برای اثبات اینکه منبع متان کجاست، نداشتیم.»

روش‌های مفید دیگری برای شناسایی منابع انتشار متان وجود دارد، مانند دوربین‌های تصویربرداری گاز نوری و اندازه‌گیری‌های سنجش از راه دور که به کمک هواپیما انجام می‌شود. «آن استاورت» دانشمند پروژه کربن جهانی در بخش اقیانوس‌ها و جو سازمان تحقیقات علمی و صنعتی استرالیا می‌گوید: «این شبکه‌ها نسبت به انتشارات کوچکتر و تنها در مقیاس محلی حساس هستند. ماهواره‌ها نقش مهمی دارند اما گسترش رصدهای زمینی نیز باید در نظر گرفته شوند. برای بررسی دقیق بحران متان باید تمام طیف وسیعی از رویکردها را مورد استفاده قرار داد.»

بحران متان در آشپزخانه ما

ممکن است ماهواره‌ها نتوانند تا این حد دقیق باشند، اما محققان منبع نگران کننده دیگری از متان را شناسایی کرده‌اند. مطالعه‌ای در ژانویه امسال نشان داد که اجاق‌های گازی در حدود 40 میلیون خانه در ایالات متحده، متان را از طریق احتراق ناقص هنگام پخت‌وپز و از طریق نشت در هنگام خاموش شدن اجاق، آزاد می‌کنند.

استاورت می‌گوید: «درحالیکه هرگونه کاهش در انتشار گازهای گلخانه‌ای امری مثبت است، اما در کمتر از 0.1 درصد از انتشار متان ایالات متحده مربوط به اجاق‌های گاز است. با این‌حال، سازندگان لوازم خانگی می‌توانند با تغییر در طراحی‌های خود، متان تولید شده از این بخش را نیز حذف کنند.»

یکی دیگر از مشکلات اجاق‌های گاز تاثیر آن‌ها بر سلامتی است: طبق گزارشی در سال 2020، ده‌ها میلیون آمریکایی که با اجاق‌های گازی آشپزی می‌کنند، احتمالا سطحی از آلودگی دی‌اکسید نیتروژن در داخل خانه را تجربه می‌کنند که در محیط‌های دیگر غیرقانونی است و بسیار مضر است.