為什麼捕獲甲烷如此困難

石油和天然氣設施很快將因釋放甲烷而被收費，但捕獲這種強效溫室氣體的技術仍然相對較新且未經測試

避免氣候變化的最壞影響可能需要從工業排放流和大氣中去除甲烷——但研究人員至今仍受阻於如何捕獲這種強效的地球變暖氣體。

與二氧化碳的數百年相比，甲烷在大氣中僅持續十年或二十年。但它捕獲的熱量是二氧化碳的 80 倍，有助於推動近期變暖，並可能啟動一個反饋迴圈，從而從自然來源釋放更多氣體。

麻省理工學院土木與環境工程教授 Desirée Plata 說，一種從空氣中去除甲烷的技術可以在相對較近的未來顯著改變全球變暖的速度。

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Plata 在一次採訪中說：“大多數人認為甲烷會自行消失，但這種想法的問題在於，儘管甲烷在大氣中的含量較少，但在未來十年內，它造成的破壞將與二氧化碳相當。”

聯邦政策制定者主要關注碳捕獲的需求，以將全球變暖限制在 2 攝氏度以下，同時減少化石燃料排放。《通貨膨脹削減法案》中的激勵措施進一步鼓勵了計劃專案的蓬勃發展，以從空氣和工業排放物中去除二氧化碳。

甲烷去除領域遠遠落後。公司可以防止甲烷排放發生，或者使用厭氧“消化器”來減少有機廢物中的氣體——但研究人員仍在努力解決一旦排放後如何去除甲烷的問題。

與此同時，全球石油和天然氣專案每年繼續洩漏約 70 兆噸甲烷，相當於燃燒近 200 萬磅煤炭。

很快，在美國，《通貨膨脹削減法案》首次對甲烷排放定價後，美國設施將為每公噸釋放的甲烷付費。

甲烷從石油和天然氣專案、牲畜，甚至垃圾填埋場中隨著廢物分解而排放出來。

但是，隨著地球變暖，甲烷也可能從自然來源逸出。斯坦福大學研究人員 2021 年的一項研究發現，歷史溫室氣體排放已經啟動了自然反饋迴圈，可能導致永久凍土和其他來源大量釋放甲烷。

研究人員總結說，甲烷去除“可能需要抵消持續的甲烷釋放，並限制這種強效溫室氣體對全球變暖的貢獻。”

但是，甲烷在大氣中的丰度比二氧化碳低 200 倍——這種稀缺性使得去除甲烷成為一項技術挑戰。

能源部高階研究計劃署-能源部“每年減少甲烷排放”計劃主任 Jack Lewnard 說，捕獲甲烷將需要處理大量空氣，這可能需要難以置信的大量能源。與二氧化碳相比，甲烷也更難轉化為固體或液體形式。

Lewnard 在一次採訪中說：“你可以從空氣中捕獲二氧化碳，也可以從煙道氣中捕獲二氧化碳，因為它具有允許你對其進行‘掛鉤’的化學結構，但甲烷分子不具備——因此捕獲甲烷非常非常困難。”

Lewnard 說，因此，大多數甲烷去除技術都側重於氧化溫室氣體，而不是將其從空氣中“鉤”出來。

例如，稱為沸石的多孔礦物質將甲烷捕獲在它們的微觀孔隙中，氧化氣體並將其釋放為二氧化碳。

麻省理工學院教授 Plata 說，沸石的潛力被忽視了幾十年，因為它們不能有效地將甲烷轉化為具有明顯商業應用價值的化學品，例如甲醇。

Plata 說，但這些礦物質能有效地將甲烷轉化為二氧化碳，從而降低了這種氣體對全球變暖的影響。她說，二氧化碳也可以轉化為乙醇，乙醇有一個成熟的市場。

Plata 領導著一個團隊，該團隊正在致力於將沸石礦物小球納入反應室，該反應室可部署在化石燃料和農業領域。Plata 說，該裝置在甲烷濃度相對較高的煤礦中可能特別有效。

其他研究人員正在開發利用生物體代謝的甲烷捕獲技術。

一些細菌產生氧化甲烷的酶，捕獲溫室氣體並使其發生化學反應。研究人員希望建造可以容納這些細菌的生物反應器，在排放源附近氧化甲烷。

賓夕法尼亞州立大學工程學院化學工程教授 Thomas Wood 在一次採訪中說，這種生物反應器可以在能源生產點（包括水力壓裂點）捕獲甲烷。

一些水力壓裂點目前在甲烷進入大氣之前將其捕獲並運輸到煉油廠，在那裡將其轉化為甲醇，一種可用於製造各種工業化學品的液態醇。但這種解決方案受到了環保組織的批評，因為在運輸過程中可能會釋放出大量的甲烷。

Wood 說，細菌生物反應器將消除從水力壓裂或其他排放點運輸捕獲的甲烷的風險和費用，因為它會在現場將溫室氣體轉化為有用的化學品。

Wood 的研究團隊此前已證明，其工程細菌可以將甲烷轉化為醋酸鹽（一種工業化學品）和聚乳酸鹽（可用於製造可生物降解的聚合物）。

石油和天然氣行業是最大的甲烷排放源之一，使其成為成功甲烷捕獲技術的潛在客戶。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的材料科學家 Samantha Ruelas 說，但甲烷氧化技術需要達到工業規模才能有效部署。Ruelas 在一個研究團隊工作，該團隊正在建造用於甲烷氧化的細菌生物反應器。

Ruelas 在接受採訪時談到石油和天然氣公司時說：“我們確實需要確保我們的技術能夠滿足他們的生產需求。”“因此，如果他們產生過多的甲烷而我們的細胞無法跟上，這可能會成為一個問題。”

Ruelas 說，更好的甲烷感測技術也將有助於使甲烷破壞性生物反應器成為石油和天然氣公司的有效解決方案。

她說，當技術被輸入甲烷濃度相對較高的氣體流時，效果最佳。理想情況下，設施應該能夠查明特定的排放源——例如管道洩漏——並在該地點“連線”一個反應器。

斯坦福大學研究報告的作者 Sam Abernethy 說，這種部署方法在經濟上也很有意義。Abernethy 是該大學的應用物理學博士候選人，也是其 Doerr 可持續發展學院的研究助理。

他說，氧化甲烷的成本在很大程度上取決於空氣中甲烷的濃度。石油和天然氣生產場所的甲烷濃度較高，可能特別適合氧化技術。