Metanul și impactul asupra încălzirii globale

Față de dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4) poate  iniția și chiar accelerează încălzirea globală. O primă cauză este aceea că metanul nu este reintegrat în circuitul mediului, spre deosebire de dioxidul de carbon. În al doilea rând, are un impact inițial, asupra procesului de încălzire globală, de 120 de ori mai mare decât dioxidul de carbon, raport care scade treptat pe măsura trecerii timpului datorită disipării sale în atmosferă. 

Metanul se formează în urma fermentației anaerobe a vegetației și este degajat din trei surse majore:

• Sol – din procesele de fermentație, din trecutul îndepărtat al planetei, ale vegetației din acele timpuri .;
• Vegetația putrezită de la nivelul solului – din agricultură, deșeuri menajere cât și mai ales al putrezirii întregii vegetații moarte din natură;
• Animalele – toate viețuitoarele erbivore, care se hrănesc doar cu vegetație, produc gaz metan în sistemul digestiv într-o formă accelerată.

Cea mai mare cantitate de gaz metan, de pe Pământ, se află în depozite subterane. Acestea s-au format de-a lungul sutelor de milioane de ani, timp în care vegetația s-a dezvoltat și s-a depus pe sol, acumulându-se ulterior în depozite care au devenit subterane în timp și care s-au transformat în cărbune, petrol (țiței) și gaz metan.

Încălzirea Pământului

Soarele emite o serie de tipuri de radiații, la diferite frecvențe. Cea mai ușor de identificat de către oameni este cea în infra-roșu, anume emisia de energie sub formă de căldură. Radiația, indiferent de tip, are tendința de a trece fără efort prin toate substanțele non-solide și este întârziată de solide în funcție de densitatea fiecăruia. De exemplu, plumbul care are o densitate ridicată, este un bun izolator împotriva radiațiilor. Astfel, gazele opun o rezistență aproape nulă atunci când sunt parcurse de radiații.

Atmosfera Pământului, fiind compusă în special din gaze, inclusiv apă sub formă gazoasă (vapori) dar și particule solide (praf), lasă să treacă prin ea aproape întreaga cantitate de radiații care ajunge la acest nivel, în special cele din spectrul infraroșu. Cea mai mare parte din celelalte tipuri de radiații, emise de Soare cât și radiațiile cosmice, sunt respinse de barierele naturale ale Pământului:

• în primul rând de câmpul propriu magnetic
• de anumite straturi de gaze din atmosferă care reușesc să formeze o structură stabilă, la un anumit nivel față de sol, fără să fie destabilizată de alte manifestări climatice, cum este stratul de ozon (O3), regăsit la o altitudine ridicată, cât și de nori.

Practic, procesul de încălzire a Pământului se realizează prin degajările de căldură ale solului bombardat de radiația solară în infra-roșu. Aceste degajări de căldură se transmit prin conducție (transmiterea de la un solid sau lichid la altul prin agitația moleculelor interioare), convecție (transmisia căldurii prin intermediului gazelor) și radiație. Da, solul re-transmite, prin radiație, o parte din energia primită de la Soare, către mediul înconjurător (sub forma de ”raze”) inclusiv către spațiul cosmic, notează dr. Gabriel Muraviev pentru Infoclima.

Putem considera că Pământul, prin această respingere în spațiul cosmic a radiațiilor în infra-roșu, își păstrează o temperatură relativ constantă, în raport cu cantitatea de energie primită de la Soare.

Gaze cu efect de seră și încălzire globală

Anumite gaze se pot structura în atmosfera sub formă asemănătoare oglinzilor, prin care resping o gamă de radiații, dacă condițiile atmosferice permit formarea unui astfel de strat. Ei bine, gazele cu efect de seră, cum ar fi CO2 sau CH4, datorită faptului că au în compoziția lor carbon, sunt mai grele decât restul gazelor atmosferice și pot forma un strat de gaz relativ stabil la un nivel inferior al atmosferei, aproape de sol.

Acest strat gazos cumulat cu structura moleculară a carbonului (cristalină), funcționează și ele ca o oglindă. Moleculele de carbon, în special, absorb și reemit radiațiile în infra-roșu.

Această oglindă funcționează însă în ambele sensuri, atât dinspre Soare spre Pământ, cât și dinspre Pământ spre spațiul cosmic. Problema este că, dacă majoritatea radiațiilor puternice trec cu ușurința prin acest strat spre Pământ, radiațiile mai slabe emise de Pământ sunt reflectate într-o mare măsură înapoi spre sol în concentrația cea mai mare, stratul fiind mai apropiat de sol, spre deosebire de exemplu de stratul de ozon care se regăsește la altitudine deosebit de mare și reflectă spre sol o cantitate infimă de radiații.

Se formează un efect de emisie a radiațiilor cu o formă asemănătoare cu dinții de ferăstrău și astfel temperatura solului crește în mod constant, față de situația dacă acest strat inferior reflectiv ar fi diminuat.

Care sunt diferențele majore între dioxidul de carbon și metan?

CO2, fiind un gaz atât de răspândit, este asimilat în foarte multe procese ale naturii și ale Pământului, fiind utilizat și descompus de plante, de exemplu, pentru a-și crește masa proprie. Practic, dioxidul de carbon, suferă printre cele mai multe transformări dintre toate substanțele de pe Pământ și este astfel esențial în funcționarea tuturor proceselor Pământului și întreține, în definitiv, viața.

CH4, este un gaz mult mai rar prin comparație cu CO2, este utilizat în special pentru producere de energie, datorită compușilor săi care generează o cantitate mare de energie atunci când se descompun forțat. El este produs doar pe cale naturală, prin descompunerea anaerobă a materiei organice (fermentație), în special vegetale datorită conținutului ridicat de carbon, prin intermediul bacteriilor.

Datorită moleculelor de hidrogen atașate celei de carbon, metanul reține și reemite o cantitate de energie radiată cu mult superioară CO2-ului, undeva cu peste 30 de ori mai mare.

Nu putem vorbi însă de o cifră exactă datorită densității gazului metan. Astfel, la început, când este produs sau emis în atmosferă din rezervoare, densitatea este maximă și avem valoarea de 120 (de ori mai mare), din punct de vedere al capacității de reținere și reemisie a energiei radiante în spectrul infra-roșu. Pe măsură ce metanul se integrează în atmosferă și ca orice gaz, tinde să ocupe tot spațiul avut la dispoziție, acesta își reduce din densitate până la punctul în care propria structură moleculară se deteriorează și se sparge. Acest proces durează aproximativ 8 ani. Ca o medie, de la emisie gaz până la disiparea sa, se poate afirma că metanul are un efect mediu de seră de 30-40 ori mai mare dec\t CO2.

Dincolo de faptul că metanul are un efect mult mai puternic asupra procesului de încălzire globală, avem nevoie să înțelegem că, în comparație cu dioxidul de carbon, acesta nu întreține viața pe Pământ. Dacă CO2 este esențial plantelor pentru a sintetiza carbonul, CH4 nu este utilizat în vreun fel de către majoritatea organismelor în procesele sale vitale, pentru oameni și animale fiind chiar toxic, atunci când este inspirat.

În locurile în care se acumulează metanul, nu se poate dezvolta viața specifică la nivelul solului, de pe Pământ. În plus, datorită degajărilor mari de energie, atunci când structura moleculară este spartă forțat prin procesul de ardere, cauzează distrugeri materiale și ale vieții din zona afectată.

Suntem responsabili de metanul din atmosferă?

Datorită modului în care se formează metanul, cantitățile sale variază în funcție de dezvoltarea vegetației și câtă din aceasta ajunge în depozite de suprafață (nu la mari adâncimi în sol), lipsit de aer, care pot favoriza activitatea bacteriilor ce descompun vegetația și produc CH4. Depozitul de vegetație se poate forma ușor în natură atunci când un alt strat de vegetație acoperă un strat inferior sau chiar în interiorul sistemului digestiv al organismelor care consumă vegetație, atât de la nivelul bacteriilor, insectelor, animalelor și până la oameni.

Principala sursă curentă de producere a metanului, la nivel global, este cea a ecosistemului natural. Această producție naturală a metanului, fiind atât de diversă și care se întinde pe întreaga suprafață terestră, însă cu variațiuni în funcție de specificul geografic, de exemplu tinde spre zero la suprafața mărilor și la nivelul vârfurilor muntoase stâncoase, încât ea nu poate fi monitorizată decât la modul relativ. În același timp, producția de metan rezultată din activitatea antropică poate fi monitorizată precis. În acest sens, ceea ce putem afirma cu certitudine, este că, în ceea ce privește producția de metan globală, nu doar că nu există vreo dovadă că influența antropică ar fi mai mare decât cea naturală dar ar fi ea însăși o afirmație hazardată.

În producția antropică, unul din marii contributori ai creșterii cantității de gaz metan este agricultura intensivă unde avem o gamă întreagă de elemente, ale plantelor cultivate, care nu sunt valorificate și sunt direcționate în depozite de suprafață, cum ar fi frunzele, cojile semințelor, rădăcini ș.a.m.d.

Unele din aceste depozite de suprafață, sunt utilizate pentru a produce bio-gaz, adică metan, ca proces industrial dar cele mai multe, în lume, sunt considerate doar depozite de deșeuri și este ignorat orice proces de producere a gazului metan și astfel avem emisii necontrolate, la scară industrială, de gaz metan în atmosferă, ca proces secundar al agriculturii intensive.

Cu alte cuvinte, dezvoltarea agriculturii, ca volum și ca răspândire, va provoca în mod inerent, indiferent de intervențiile ecologice/calitative centralizat planificate, din ce în ce mai mult gaz metan, degajat în cele din urmă în atmosferă.

Ramura zootehnică, un alt mare producător de metan

Din producția totală agricolă, aproximativ o treime din aceasta este destinată sectorului zootehnic. Ramura zootehnică este un alt mare producător de metan, dar nu tot sectorul, ci vorbim în special de arealul bovinelor. Bovinele consumă o cantitate mare de alimente vegetale, care stimulează și ele producția agricolă și care produc, prin fermentația acestor alimente vegetale, o cantitate impresionantă de gaz metan dar și de dioxid de carbon. De altfel, era undeva o afirmație, că bovinele ar produce mai mult efect de seră prin gazele evacuate din intestine, decât întreaga producție antropică planetară de CO2.

Dacă ar fi demonstrat (fapt imposibil, decât la nivel statistic), ar sublinia, din nou, impactul uriaș al CH4, față de CO2, asupra fenomenului de încălzire globală. În fapt, însă, bovinele fiind animale specializate în digestia alimentelor vegetale, numite erbivore, de exemplu are 4 stomacuri, eficiența transferului energetic (caloric) de la plante la alimentele produse este una foarte mare, în special în carnea sa, limita fiind dată doar de transferul acestor alimente la om. Bovinele au început a fi utilizate la scară industrială, de către industria alimentară, abia pe la începutul secolului XX, astfel corpul uman nu a avut timp să se adapteze în a digera complet aceste produse, cu excepția cărnii (omul fiind omnivor).

De exemplu, produsele lactate de la bovine, sunt asimilate în procent de 10-20% cu ajutor extern (este nevoie de lumina solară pentru a asimila vitamina D), prin comparație cu produsele lactate obținute de la capră care sunt asimilate până la 100%, acest ultim animal făcând parte din ecosistemul alimentar uman de peste 10.000 de ani. La acest capitol, subliniez încă odată că celelalte sectoare zootehnice, chiar și cel al porcinelor, aduc un aport neglijabil la producția de gaz metan degajat în atmosferă.

Risipa alimentară și deșeurile în sine reprezintă o altă sursă pentru de emisii de metan. Astfel aproximativ 90% din resturile alimentare din deșeuri au proveniență vegetală, respectiv, acestea produc metan în cantități mari.

De altfel, instalațiile de valorificare a gazului metan au fost concepute special pentru deșeurile menajere urbane, mai puțin pentru cele agricole, datorită faptului ca aceste deșeuri menajere pot fi centralizate cu ușurință, prin intermediul sistemului urban de colectare a deșeurilor.

Produsul rezultat se numește BioGaz, utilizat în transporturi (prin amestec cu combustibil petrolier), cât și în industrie într-o mică proporție totuși  față de gazul metan extras din depozitele subterane.

Care sunt soluțiile?

Având în vedere impactul metanului și faptul că activitatea noastră cauzează emisii crescute a acestui gaz, este extrem de important să găsim soluții viabile ce ne-ar permite să reducem drastic aceste emisii antropice. Singura utilizare a gazului, prin care evităm toate efectele sale secundare asupra mediului și vieții de pe Pământ, este valorificarea capacităților sale energetice, adică prin arderea sa, producând astfel energie pe care o putem utiliza în diferite procese. Principala formă de energie produsă prin ardere este cea calorică. Energia calorică produsă este utilizată atât pentru încălzirea incintelor, cât și pentru producere de energie cinetică și în final putem produce energie electrică.

Când vorbim de agricultură, o posibilă soluție ar fi ca producătorii agricoli să investească în instalații care să valorifice gazul metan produs de deșeurile vegetale. Însă, la momentul actual din punct de vedere economic, costurile investiției cât și ale asigurării circuitului de utilizare a deșeurilor vegetale nu pot fi compensate din valorificarea gazului produs, decât parțial, cantitatea produsă fiind mică, raportat și la un preț destul de mic, în comparație cu cantitatea foarte mare extrasă din depozitele subterane. .

Bineînțeles că, pentru unitățile agricole care utilizează întregul produs vegetal sau cea mai mare parte a sa doar în scopul producerii de CH4, se poate obține profit relativ mare în raport cu investiția realizată.

Având în vedere faptul că cea mai mare parte din produsele agricole sunt utilizate în industrie și doar o mică parte în cea pentru consum direct (aproximativ 20-25%), se poate ”impune” producătorilor agricoli mari să utilizeze instalații de reținere a gazului metan ca urmare a folosirii producției agricole. Însă suprafețele mari acoperite de aceste unități, ar impune costuri uriașe de investiție, care nu ar putea fi acoperite decât din împrumuturi falimentare, rambursul acestora plus dobânda depășind orice câștig obținut din valorificarea BioGazului, o astfel de impunere ar provoca retragerea investitorilor agricoli până la nivelul în care nu ar mai investi de fel și atunci industria nu ar mai primi produsele necesare și în consecință am fi martorii unui regres major economic, tehnologic și în definitiv social, scăzând din nou calitatea vieții și implicit a speranței de viață a oamenilor.

De asemenea, dacă am avea o astfel de ”impunere” către producătorii agricoli pentru consum direct, ar crește foarte mult prețul produselor agricole destinate consumului uman, povara pentru populația globală fiind prea mare, putând provocând astfel dezastre cum ar fi foamete.

O altă soluție ar fi subvenționarea unor astfel de instalații, de către stat sau chiar U.E., programe de acest tip fiind aprobate chiar cu fonduri nerambursabile. Este de remarcat faptul că, aceste fonduri nerambursabile adresate unor investiții nesustenabile economic, provoacă împovărarea întregii populații, prin creșterea costului vieții.

Implementarea acestor instalații de către fiecare producător în parte

Singura soluție viabilă, pe acest segment, este implementarea acestor instalații de către fiecare producător în parte atunci când va fi sustenabil economic, adică va obține suficient profit pentru a îl reinvesti.

Practic, o soluție viabilă ar fi să centralizăm aceste produse secundare, să le adunăm în  unități foarte mari, de la mai mulți producători. O astfel de instalație ar produce cantități mari de gaz metan și ar atinge astfel punctul de profit.

Pentru domeniul zootehnic, avem o intensă căutare de soluții viabile, sustenabile economic, prin care să se poată colecta gazele produse de animalele erbivore de talie mare, care consumă o cantitate uriașă de produse vegetale. Cea mai la îndemână și care se aplică în ferme, doar cu ajutorul fondurilor nerambursabile, este colectarea metanului din excremente cât și a resturilor de vegetație furajere. Problema cea mai mare este însă faptul că bovinele, produc direct gazul, prin procesul său foarte eficient de fermentație și îl elimină în atmosferă. Atunci când animalele se află doar în incinta halelor, se utilizează un sistem de ventilație special care colectează acest gaz metan, cu o eficiență deosebit de ridicată dar care impune costuri mari.

Însă atunci când animalele nu se află în hale, ci în aer liber, gazele nu mai pot fi colectate.

În acest sens, porcinele, care produc și ele o anumită cantitate de gaz metan, însă mult mai redusă cantitativ datorită faptului că sunt omnivore și nu au un sistem specializat de fermentație a produselor vegetale, datorită faptului că sunt ținute doar în hale majoritatea timpului, se poate colecta gazul metan cu o eficiență ridicată prin sistemul de ventilație.

Pentru reducerea amprentei de gaz metan, la nivelul producătorilor de alimente pentru populație, o soluție ar fi furnizarea către populație de alimente cu cantitate mare calorică și care poate fi asimilată în procent cât mai mare de către oameni. Având în vedere faptul că organismul uman poate asimila un procent proteic de maxim 10% din produsele vegetale, ne-având un organism adaptat la consumul vegetal (bovinele au 4 stomacuri), pe când la consumul de carne avem procente de asimilări mult superioare, la maxim fiind carnea de porc care poate ajunge la un procent de 100% asimilat de corpul uman, se poate recomanda consumul crescut de carne în detrimentul celui vegetal.

Bineînțeles că și acele animale au un consum de produse vegetale, însă datorită faptului că eficiența organismului lor de a sintetiza produsele vegetale este mult mai ridicată decât la om, în final observăm că necesarul de consum vegetal al omului, pentru a fi deplin funcțional fizic, este mai mare decât necesarul vegetal al animalelor care produc carne chiar și în raport cu faptul că oamenii mai sintetizează odată energia furnizată de plante prin intermediul cărnii.

Putem reduce totuși amprenta antropică de metan

La nivel macro, pentru a reduce amprenta antropică de gaz metan în atmosferă, se recomandă următoarele :

• Utilizarea de instalații de colectare a gazului metan produs de deșeurile menajere, de excremente cât și mai ales de produsele secundare din industria agricolă și zootehnică.
• Colectarea tuturor produselor agricole secundare din industria agricolă și utilizarea lor în instalații de fermentare și ardere pirolitică, pentru a produce diferiți alți produși : etanol, gaze rare, gaz metan și îngrășământ natural.
• Promovarea alimentelor, pentru hrana umană, cu concentrație mare proteică, care au deja realizat transferul proteic și caloric din vegetație, de tipul cărnii procesate, în scopul asimilării cu o mai mare ușurință de către corpul uman și pentru a reduce cantitatea alimentelor necesare.
• Reducerea suprafețelor agricole destinate consumului direct uman, datorită gradului slab de asimilare a acestor alimente și care produc implicit un necesar cantitativ ridicat, pentru a compensa necesarul caloric uman.
• Instituirea și promovarea unor programe de informare a populației cu privire la necesarul caloric, proteic, gradul de asimilare al produselor alimentare cât și de achiziționare a acestora în limita consumului personal efectiv.

În contextul global socio-economic, subiectul încălzirii globale este unul actual, atractiv atât pentru mediul științific, mediul jurnalistic cât și pentru organizații civile non-guvernamentale. Cele trei grupuri deseori colaborează pentru a sensibiliza opinia publică cât și pe cea politică, în scopul ameliorării impactului antropic (uman) asupra naturii.

Subiectul încălzirii globale este cel mai aprins dezbătut și prezentat întrucât furnizează scenarii cu finalități grave, apocaliptice, care pot schimba decisiv modul prin care oamenii își desfășoară activitățile curente, de asemenea  și cu un impact devastator asupra naturii. Impactul asupra naturii poate fi evidențiat prin schimbări climatice, schimbări geografice, dispariția de viețuitoare și de plante.