工程16（2022）9新闻亮点气候变化行动对卫星探测甲烷的肖恩高级技术作家在气候变化不受欢迎的破纪录时代，2021年又创造了一个新纪录。根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）于2022年1月公布的数据[1，2]，大气甲烷的年度净增加量连续第二年打破纪录，估计达到十亿分之十七（ppb）。这一增长使甲烷虽然二氧化碳，气候变化的主要驱动力，是丰富的200倍，甲烷事实上，它被描述为气候以100年为单位，甲烷这些时间尺度上的差异来自平流层中的化学反应，大约十年后消除了大部分甲烷，而二氧化碳的变暖效应可以持续数百年，甚至数千年。全球变暖专家越来越认识到甲烷是气候变化挑战的一个紧迫和可采取行动的方面。因此，一系列科学、政治和技术力量现在正在联合起来开发和追求测量、减轻甚至去除大气甲烷的战略。目标不是简单地将甲烷排放量减少到地球自然系统可以抵抗的水平以下据估计，甲烷约占全球变暖的四分之一，是气候变化的基础[6]。每年大约有5.8亿吨甲烷排放，其中约3.5亿吨是人类活动的结果[7]。虽然大气中的化学反应，以及在较小程度上地球表面的化学反应，迅速改变了这些年度全球排放量中的大部分，但这些自然过程每年在大气中留下-2021年11月，美国、欧洲和其他参与方在英国格拉斯哥举行的第26届缔约方大会（COP26）气候峰会上宣布了全球甲烷承诺，突显了甲烷的重要性日益得到认可目前已有110多个国家签署了这一承诺，并就到2030年将全球甲烷排放量从2020年的水平削减30%的集体目标达成一致，以至少将全球变暖减少30%。到2050年达到0.2 ℃。政府间气候变化专门委员会的最新报告（2022年4月4日）也呼吁实现同样的目标。Fig. 1. 自1983年美国政府机构NOAA开始进行这些测量以来，全球大气甲烷的平均丰度（以大气中的十亿分之一计）。2022年的数值是初步的。图片来源：NOAA，withpermission.这一承诺的宣布促成了我们所说的“甲烷时刻”。它只是爆炸了，”总部位于美国纽约州纽约市的环境保护基金（EDF）的高级气候科学家Ilissa Ocko说。‘‘Methane is now being taken seriously separatelyfrom CO从现在开始，它将成为全球关注的焦点，这太棒了。”然而，在四个最大的国家甲烷排放国中，中国，印度，美国和俄罗斯（图1）。2），美国签署了承诺书[11]。根据Ocko及其同事的一项研究，使用一系列行业的现有技术，全球甲烷排放量可以减半[12]。此外，通过采取包括防止天然气（主要由甲烷组成）泄漏在内的措施，可以在没有净成本的情况下实现全球排放量的四分之一左右（图1）。[12]这样就可以卖了。燃烧天然气作为燃料确实会产生二氧化碳，但这比直接向大气中释放甲烷更可取，因为甲烷是一种强大的温室气体。据估计，全球甲烷排放总量的30%-而在肉类https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.07.0032095-8099/©2022 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engS.工程16（2022）910×·××图二、选 定 国家的甲烷年排放量。蓝色显示的国家是新的全球甲烷承诺的签署国，而橙色显示的国家不是。图片来源：国际能源署，经许可。图三. 石油和天然气工业对全球变暖的贡献，2100是0.25 °C。到2100年，通过经济上可行的（ECON）无净成本选项，如防止甲烷泄漏，这一点可以降低0.16 °C;如果满足当前公司承诺（ECON CC），这一降低可能会降至0.20 °C。如果石油和天然气行业也采用现成的技术（TECH）来避免超出无净成本选项（ECON CC）的变暖，则可以防止累计0.21 °C的变暖。来源：Environmental Research Letters（CC BY 4.0）中等收入国家的消费[14]。石油和天然气作业的全球总排放量估计在20%对于牲畜产生的甲烷，试验表明饲料添加剂有可能有效地抑制这些排放。在最近的一项研究中，将海洋红藻Asparagopsis taxiformis添加到肉牛的饮食中可以减少超过80%的甲烷[16];在另一项研究中，将相关的海藻Asparagopsis armata添加到奶牛的饮食中可以减少超过50%的甲烷排放量[17]。虽然目前还不清楚生产商是否会使用这种饲料添加剂，但商业化已经开始。2022年初，加州食品和农业部批准销售一种用于奶牛饲料的红色海藻添加剂[18]。估计-最新的研究表明，奶制品约占加州甲烷排放量的一半但最受关注的甲烷减排领域是石油和天然气行业，根据国际能源署的数据，2000年至2019年间，该行业的甲烷年排放量从6200万吨增加到8000万吨。然而，其他来源表明这些数量可能被低估[7，15]。2021年，由于甲烷排放量的估计难以核实，联合国环境规划署启动了国际甲烷排放观测站。该机构将收集和整合来自各种来源的排放数据，以在实现这种核查以及使这些甲烷排放者意识到其泄漏并对其负责方面，关键的发展是越来越多的卫星携带能够监测和精确测量大气甲烷的仪器。直到最近，发现和测量甲烷排放的工具仅限于短期飞机调查、现场传感器网络或大气柱中甲烷的稀疏采样、低分辨率卫星分析[8]。2017年，随着对流层监测仪器（TROPOMI）在欧洲航天局的哨兵-5先驱卫星上进入轨道，全球甲烷跟踪开始改善空间分辨率为5.5 km 7.0 km，对甲烷的敏感度为5-这使它能够跟踪大浓度的甲烷，例如在石油和天然气田周围。2022年2月，由法国气候与环境科学实验室大气成分部门负责人Philippe Ciais共同领导的一个团队确定并量化了2019年和2020年全球最严重排放者释放的甲烷。该调查捕获了1800例甲烷释放量非常大的情况，即超过20吨/小时。在超级排放者中，土库曼斯坦是这符合超级排放者的经济利益，以支持他们的实践，实际上是他们的基础设施，因为不泄漏的甲烷可能是有价值的销售产品[12]。例如，土库曼斯坦如果堵塞并能够出售其泄漏的甲烷，估计可以实现约60亿美元的净效益[8]。但超级排放者只是问题的一小部分。尽管这些超级泄漏非常重要，但它们只占全球化石甲烷排放量的5%左右。这只是冰山一角冰山的其余部分，包括较小的泄漏和甲烷的非紧急排放和燃烧，将很快变得更加清晰，这得益于计划于2023年发射的一批新卫星。EDF子公司MethaneSAT计划在2023年初发射一颗同名卫星。甲烷卫星的空间分辨率为130米至400米，对甲烷的敏感度约为3ppb，每三至四天覆盖全球，并迅速免费提供数据。预计由碳测绘卫星（Carbon Mapper）组成的卫星群将很快提供对选定的、高优先级点源的广泛而准确的跟踪，这得益于卫星30 m 30 m的分辨率。碳测绘卫星是美国的一个联盟，包括美国国家航空航天局的喷气推进实验室、亚利桑那大学和其他机构首批两颗碳测绘仪示范卫星计划于2023年发射[24]。‘‘MethaneSAT will take us down to the level of the methane-emitting facility,” said Alex Turner, assistant professor of atmo-sphericS.工程16（2022）911××·USA.从卫星上研究甲烷来源是很棘手的，因为你看到的是卫星下方的总空气柱，它可能是由许多不同的空间模式形成的。这就像测量一条河的深度，以找出上游下雨的地方多卫星监测使得精确定位发射器的任务变得更加容易（图1）。4）. 例如，TROPOMI的覆盖数据与来自更有针对性的卫星的更高分辨率数据相结合，包括温室气体卫星演示器（GHGSat-D;分辨率50m50m[25] ） 和 PRursoreIperSpettraledellaMissioneAppliativa（PRISMA;分辨率30 m 30 m），准确地监测了2019年11月在德克萨斯州东部福特鹰页岩地区报告的气井井喷，其中近5000吨甲烷在20天的事件中泄漏[26]。2022年1月，GHGSat-D发现俄罗斯中南部的一个地下煤矿以87 t h-1的速度排放甲烷，这是GHGSat-D网络有史以来发现的最大泄漏[27]。鉴于石油和天然气行业不愿改变，在未来几十年内，可能还会出现直接从大气中去除甲烷的“负排放技术”，其灵感来自于新生的二氧化碳虽然捕获的二氧化碳将被深埋在地下的地质构造中或转化为燃料，但甲烷的可能途径是捕获它出售或将其氧化为二氧化碳（加上水）。氧化甲烷的反应在化学上是有利的，并且几种类型的材料显示出捕集甲烷的前景，例如嵌入有金属催化剂的纳米多孔沸石[29]。大气中甲烷浓度低可能意味着在任何清除过程中都需要风扇来增加空气流量或空气压力，其成本可能令人望而却步。‘‘I think hybridsystems may provide a good compro- mise: combining DAC forCO ‘‘You pay to moveCiais看到了直接移除的另一个好处。‘‘In principle,降低到工业化前的水平以下，创造了一个非常好的冷却效果，可以补偿一些二氧化碳变暖，与许多地球工程方案一样，尚不清楚什么甲烷去除技术（如果有的话）在商业上是可行的[3]。由于甲烷将有效地照顾自己与足够的减少，一些人认为，缓解将是足够的。正如DAC先驱、美国亚利桑那州坦佩市亚利桑那州立大学负碳排放中心主任克劳斯·拉克纳教授所说：很明显，专家们希望减少甲烷排放能迅速为气候变化带来好处，不仅因为它是一种强大的温室气体，而且因为它的消除会引发正反馈过程。如果甲烷浓度上升，大气中氧化甲烷的分子--羟基自由基，OH-减少，所以剩余的甲烷在大气中持续的时间更长，”特纳说。相反，如果我们减少甲烷排放，就会有更多。OH周围更快地破坏剩余的甲烷。根据特纳和他的同事们的研究，大气化学还可以解释2020年全球甲烷浓度创纪录的年度增长的80%，再加上另一种全球现象--2019年冠状大范围封城措施大幅减少了交通运输的污染排放，包括氮氧化物（NOx）。但是大气中的NOx促进了. 哦，所以它的突然下降意味着更少。OH，这反过来可能会减缓甲烷的氧化，使其在大气中更快地积累[32]。但Ciais说，甲烷的排放量比人类造成的排放量要多。自2006年以来，一半的增长归因于湿地排放的增加-包括亚马逊，也许在北极，以及非洲。因此，即使我们减少人为排放，甲烷仍有可能增加。但随着卫星追踪这种气候喷灯的能力不断增强，至少围绕甲烷在全球变暖中的作用的模糊不清的现象引用[1] 大气甲烷趋势-全球甲烷月平均值[互联网]。银泉：国家海洋和大气管理局; [引用2022年5月12日]。可从以下网址获得：https://gml.noaa.gov/ccgg/trends_ch4/见图4。已经在轨和即将发射的甲烷探测卫星的能力比较。甲烷卫星和前两颗碳测绘卫星预计将于2023年进入轨道。SCIAMACHY：大气制图扫描成像吸收光谱仪; GOSAT：温室气体观测卫星; GHGSat-D：温室气体卫星演示器; PRISMA：应用导弹谱仪。图片来源：MethaneSAT，with permission.S.工程16（2022）912[2] 科学家对大气中甲烷“危险的快速”增长发出警告。伦敦：自然; 2022年2月8日[引用2022年5月12日]。可从以下网址获得：https://www.nature.com/articles/d41586-022-00312-2。[3] Jackson RB，Abernethy S，Canadell JG，Cargnello M，Davis SJ，Féron S，等.大 气 甲 烷 去 除 ： 研 究 议 程 。 Philos Trans Royal Soc A2021;379 （ 2210 ） ：20200454。[4] 了解全球变暖潜力[互联网]。华盛顿特区：环境保护局; [更新2022 5月5日;引用2022 5月12日]。可查阅：https://www.epa.gov/ghgemissions/understanding-global-warming-potential。[5] 米尔曼岛美国政府数据显示，去年地球大气中的甲烷含量伦敦：卫报; 2022年4月8日[引用2022年5月12日]。可查阅：https://www.theguardian.com/environment/2022/apr/08/methane-earth-atmosphere-record-high-usa-government-data。[6] Turner AJ，Frankenberg C，Kort EA.解释大气甲烷的当代趋势。 Proc Natl AcadSci USA 2019;116（8）：2805-13.[7] SaunoisM，Stavert AR，Poulter B，Bousquet P，Canadell JG，Jackson RB，等. 2000-2017年全球甲烷预算。 地球系统科学数据2020;12（3）：1561-623.[8] [10] Lauvaux T，Giron C，Mazzolini M，d'Aspremont A，Duren R，CusworthD，et al. 全球石油和天然气甲烷超排放源评估。Science 2022;375（6580）：557-61.[9] 由美国、欧盟和全球甲烷承诺的合作伙伴发起，以保持1.5℃的可达性[互联网]。布鲁塞尔：欧盟委员会; 2021年11月2日[引用2022年5月12日]。网址：https：//ec 。 europa.eu/commission/presscorner/detail/en/STATEMENT_21_5766 网站。[10] 证据很清楚：现在是采取行动的时候了。到2030年，我们可以将排放量减半。日内瓦：政府间气候变化专门委员会; 2022年4月4日[引用2022年5月12日]。可查阅：https://www.ipcc.ch/2022/04/04/ipcc-ar 6-wgii-pressrelease/。[11] 2021年十大甲烷排放国-图表，数据统计[互联网]。巴黎：国际能源署; [更新2022年 2 月 22 日 ; 引 用 2022 年 5 月 12 日 ] 。 可 查 阅 ： https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/top-ten-emitters-of-methane-2021。[12] [10] ChangB，Chang T，Chang D，ChangM，et al. 迅速采取行动，按部门部署现成的甲烷减排措施，可以立即减缓全球变暖。环境研究快报2021;16（5）：054042。[13] 张J，彭S，尹Y，Ciais P，Havlik P，Herrero M.生产效率变化在减少畜牧业甲烷排放中的关键作用。AGU Adv 2021;2（2）：e2021AV000391。[14] Godfray HCJ，Aveyard P，Garnett T，Hall JW，Key TJ，Lorimer J等，肉类消费，健康和环境。S c i e n c e 2018;361（6399）：eaam5324。[15] 从太空探测到石油和天然气工业的大量甲烷排放[互联网]。罗克维尔：科学日报;2022 年 2 月 3 日 [ 引 用 2022 年 5 月 12 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220203161130.htm[16] Roque BM，Venegas M，Kinley RD，de Nys R，Duarte TL，Yang X等人，红色海藻（Asparagopsis taxiformis）补充剂可减少肉牛肠道甲烷超过80%。PLoSONE2021;16（3）：e0247820.[17] Roque BM ， Salwen JK ， Kinley R ， Kebreab E. 在 泌 乳 奶 牛 的 饮 食 中 加 入Asparagopsis armata可减少肠道甲烷排放量超过50%。J Clean Prod 2019;234：132-8.[18] 达根·T为了应对气候变化，加州批准海藻减少牛打嗝时的甲烷排放量。旧金山：旧 金 山 纪 事 报 ; 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