Парниковые газы: виды, источники, расчет выбросов, проблема, последствия и пути решения

Экология

Выбросы парниковых газов в атмосферу – серьезная проблема, которая вызывает опасения у современных экологов. Концентрация вредных веществ растет, в результате среднегодовые температуры повышаются, климат меняется в худшую сторону. Такое явление получило название «парниковый эффект». Без принятия срочных мер по сокращению выбросов наша планета может стать недостаточно комфортной для существования на фоне глобального потепления.

Какие газы относятся к парниковым

Парниковые газы: виды, источники, расчет выбросов, проблема, последствия и пути решения

Парниковые газы (ПГ) – это газообразные вещества с высокой прозрачностью, присутствующие в атмосфере земли. В течение многих веков их количество было примерно одинаковым, ведь выделение газов уравновешивается их естественным поглощением. Но деятельность человека привела к увеличению объема выбросов парниковых газов, которые создают излишний парниковый эффект.

Основные парниковые газы в нашей атмосфере – это водяной пар, метан, озон, углекислый газ. Суммарно они занимают до 79-99% среди общего списка газов, обладающих парниковым эффектом. Также в список входят менее распространенные газообразные вещества – фреоны, соединения азота, углеводороды.

Каждый парниковый газ по-разному влияет на изменение климата, что зависит от таких показателей:

  • количество и накопление в атмосфере;
  • время присутствия в воздухе;
  • возможность удержания тепла.

Любые вещества, что относятся к парниковым газам, пропускают коротковолновые излучения солнца. При нагреве планета отдает тепловую радиацию (длинные волны), которая задерживается парниковыми газами и в большом количестве возвращается обратно. Результатом становится рост температуры Земли, или так называемый парниковый эффект.

Водяной пар

В списке, какие газы обладают сильным парниковым эффектом, на первом месте находится обычный водяной пар. Его доля в изменении климата в сторону потепления приближается к 60%. Пар образуется при переходе воды в газообразное состояние при испарении.

Водяной пар называют парниковым газом по причине того, что он поглощает огромное количество инфракрасной энергии с поверхности планеты и длительно ее удерживает.

Концентрация парниковых газов в воздухе постоянно меняется и сильно зависит от распределения водных источников, температуры окружающей среды, количества солнечной радиации. Чем жарче климат, тем сильнее испарение влаги, то есть процесс имеет замкнутый характер. Тем не менее, большое количество влаги в атмосфере Земли вызывает облачность, а она помогает отражать прямой солнечный свет и несколько стабилизирует климат.

Углекислый газ

Среди газов, вызывающих парниковый эффект, присутствует и CO2 (углекислый газ, диоксид углерода). Уровень CO2 изначально был невысок, но увеличение концентрации начало отмечаться по мере интенсификации хозяйственной деятельности человека. В списке парниковых газов это – второе по значимости газообразное вещество. Оно поглощает ИК-волны разной длины и способствует их повторному излучению, провоцируя парниковый эффект. CO2 – основной ПГ, поскольку именно он вызывает самое сильное повышение температуры на поверхности планеты (до +9 градусов).

Избыточное количество CO2 несет и другую опасность. Диоксид углерода тяжелее воздуха, поэтому приводит к повышению его плотности. Давление воздушной массы растет, температура Земли дополнительно увеличивается. Влагоемкость воздуха также возрастает, в результате основной парниковый газ (воздушный пар) накапливается интенсивнее.

Метан

Уточняя, какие же газы относятся к парниковым, нельзя забывать о метане. Его доля по сравнению с диоксидом углерода невелика, но парниковый эффект в 28 раз выше. Особенно быстрое накопление в атмосфере этого парникового газа происходит при горении лесов и расширении сферы животноводства.

Сейчас количество метана в атмосфере огромное и продолжает расти быстрыми темпами.

Метан активно образуется в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, его источники — болота, излишне увлажненные почвы, также он формируется в кишечнике крупного рогатого скота. Выделение арктического метана вызывают тающие ледники. Также повышению выброса этого ПГ способствует добыча полезных ископаемых и многие виды промышленной деятельности.

Озон

Озон также называют одним из основных парниковых газов Земли, но с некоторым уточнением. Озон бывает стратосферным и тропосферным: первый формирует озоновый слой и защищает планету от жесткого УФ-излучения. Тропосферный озон относится к вредным ПГ, так как способен переноситься к поверхности планеты и наносить ущерб живым существам.

Тропосферный озон в составе парниковых газов занимает примерно 25% от объема диоксида углерода. Он способствует образованию фотохимического смога, а также принимает участие в изменении климата, угнетает развитие растений. Наибольший рост парникового газа происходит в жаркую, солнечную погоду. Повышают концентрацию озона транспорт, различные промышленные выбросы.

Оксиды азота

К парниковым газам также относится закись азота, которая вредит окружающей атмосфере еще сильнее углекислого газа и метана. Вещество вызывает парниковый эффект в 300 раз интенсивнее, чем остальные ПГ, а также разрушает озоновый слой над планетой.

Те газообразные вещества, что выделяются природными источниками, быстро оседают и значимого вреда не приносят. Зато бесконтрольное применение азотных удобрений нарушает баланс вещества в атмосфере, и оно не успевает утилизироваться. Страны, обладающие развитым сельским хозяйством, вносят самый большой «вклад» в повышение концентрации парниковых газов. Примеры – Китай, Бразилия, Индия, в меньшей степени – Россия.

Фреоны

Состав ПГ довольно разнообразен и включает фреоны – углеводороды с низкой точкой кипения, вызывающие мощный парниковый эффект (в 8500 раз больше, чем от диоксида углерода). Они очень опасны долгим нахождением в атмосфере, откуда не уходят в течение 50-70 лет. Есть естественные источники парниковых газов (пример – вулканы), которые не оказывают значимого влияния на состав атмосферного воздуха. Зато антропогенные источники (хладагенты, аэрозоли, растворители) разрушают озоновый слой и способствуют развитию парникового эффекта наряду с другими ПГ.

Галогенированные углеводороды

Углеводороды, в которых присутствуют молекулы галогенов, получили название галогенированных (галогенизированных). Они широко используются при производстве пестицидов, растворителей, аэрозолей, обезжиривателей. Часть из них относятся к газам, и при поступлении в биосферу способны вызывать парниковый эффект, разрушать озоновый слой планеты.

Выбросы ПГ происходят на многих промышленных предприятиях, особенно, в нефтехимической, химической отрасли.

Повышение концентрации парниковых газов этого типа наблюдается при сжигании, самопроизвольном горении мусора. Одними из самых опасных галогенированных углеводородов являются диоксины, которые не только влияют на климат планеты, но и загрязняют воду, почву, продукты питания.

Источники парниковых газов

Парниковые газы: виды, источники, расчет выбросов, проблема, последствия и пути решения

Все источники выбросов можно поделить на 2 группы: естественные и антропогенные. За последнее столетие количество ПГ в атмосфере увеличилось в несколько раз. Причины – индустриализация стран и экономик, активное развитие всех сфер промышленности. Если раньше выбросы парниковых газов утилизировались природными поглотителями, то теперь их количество слишком значительно.

Естественные источники

Уровень диоксида углерода в природе растет при перегнивании органики – мертвой травы, деревьев. Источником водяного пара является весь Мировой океан, а также другие водоемы. Извержения вулканов становятся причиной попадания в воздух огромного количества ПГ разного вида, причем большинство из них являются подводными и параллельно приводят к росту концентрации водяного пара.

Прочие естественные источники:

  • почва – продукты жизнедеятельности бактерий, микроорганизмов;
  • пожары в лесах, на торфяниках, возникшие по природным причинам;
  • дыхание всех живых существ на планете;
  • анаэробное дыхание некоторых микробов;
  • испарения от донных отложений и продуктов жизнедеятельности животных.

Антропогенные источники

Причиной появления таких источников становится индустриализация и урбанизация общества, а также быстрый рост населения планеты. На выбросы газов с парниковым эффектом влияют промышленность, сельское хозяйство, добыча ископаемых. Одна из крупнейших составляющих в общем количестве ПГ – это газообразные формы, выделяющиеся при сжигании топлива – природного газа, нефти, угля.

Другие антропогенные предпосылки для появления ПГ:

  • вырубка лесов, вызывающая уменьшение количества поглощенного углекислого газа (в том числе, выкорчевывание тропических лесов);
  • выделение метана при выращивании риса и некоторых других сельскохозяйственных культур, при увеличении поголовья скота и переработке навоза;
  • выбросы газов с мусорных свалок, септических систем, мест разработки различных месторождений;
  • утечки фреонов и активное использование аэрозолей, устройств для тушения пожаров;
  • выделение окисей азота при стартах ракет и работе двигателей транспорта;
  • внесение азотных удобрений в почву.

Вредит экологии и способствует развитию парникового эффекта производство цемента, летучие выбросы от химических и других видов производств.

Расчет выбросов парниковых газов

Методика количественного подсчета объемов ПГ, которые попадают в атмосферу, направлена на сокращение выбросов и определена в приказе Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации (№ 300 от 30 июня 2015 г).

Расчет производят таким образом:

  • берут показатель производственного процесса (объем выпуска товаров, количество сжигаемых отходов и т.д.);
  • находят удельный коэффициент на единицу указанного показателя;
  • перемножают две цифры и получают массу выбросов ПГ за отчетный период.

Также полученное произведение корректируют с применением конверсионного коэффициента – он помогает перевести разные ПГ в эквивалент диоксида углерода. На деле цифры могут получиться неполными, ведь кроме прямых выбросов у организаций есть и косвенные энергетические выбросы – они связаны с потреблением энергии из внешних источников. Именно поэтому важна полнота и правильность производимых подсчетов.

Отчетность по парниковым газам

Организации, у которых объем прямых выбросов ПГ превышает 150 тысяч тонн, а также занимающиеся определенными видами деятельности, предоставляют специальную отчетность. Отчет формируется за прошедший календарный год и сдается в уполномоченный орган до 1 июля текущего года.

Контроль над отчетностью осуществляет Росприроднадзор, все документы вносятся в единый реестр выбросов ПГ.

Кроме того, организации рассчитывают углеродный след продукции. Показатель отражает объем выделившегося углекислого газа на единицу произведенной продукции. Информация об углеродном следе также предоставляется в контролирующие органы, но на данный момент является добровольной.

Последствия парникового эффекта

Парниковые газы: виды, источники, расчет выбросов, проблема, последствия и пути решения

При удвоении ПГ в атмосфере температура на планете повышается на 1,5-4,5 градуса. Глобальное потепление называют основной проблемой, обусловленной парниковыми газами. Поверхность Земли нагревается, климат меняется в худшую сторону, что приводит к пожарам, ураганам, наводнениям, засухе.

Глобальное потепление плохо сказывается на экономике. Урожай многих сельскохозяйственных культур уменьшается, особенно, в жарких странах. Итогом становится снижение ВВП, ухудшение положения развивающихся стран.

Прочие возможные проблемы:

  • рост уровня морей из-за таяния ледников, затопление побережий;
  • нарушение экосистем вследствие сбоев адаптации растений и животных к новым условиям;
  • ухудшение здоровья людей, распространение инфекционных заболеваний.

Поглотители парниковых газов

Поглотители углерода – природные системы, которые поглощают ПГ больше, чем выделяют. К ним относятся леса, почва, океан. Любые растения способны забирать углекислый газ и другие газообразные вещества из атмосферы в процессе фотосинтеза, но особенно большие объемы поглощения приходятся на леса (из-за обширной площади и длительного срока жизни). Углекислый газ преобразуется в органическое вещество, которое накапливается в листьях, стеблях, корнях растений.

Все растения вырабатывают кислород, поэтому они помогают поддерживать нормальный климат на Земле.

Почва включает минеральные вещества, остатки органики, воду, воздух. Все эти составляющие забирают и удерживают углекислый газ, который не возвращается в атмосферу, а «хранится» в почве. Особенно хорошо с задачей справляется торф – он является буквально хранителем тепла, помогает смягчить климат. Мировой океан поглощает СО2 за счет его растворения в водной массе и перемещения на глубину, а также посредством переработки водорослями.

Проблема парниковых газов в России

Концентрация парниковых газов в России в последние годы сильно выросла и достигла рекордных значений. Данные об изменении их объема в атмосферном воздухе собираются пятью станциями на территории страны, где регулярно производятся замеры. Особенно быстро растет доля метана и углекислого газа. Причина такого роста – человеческая деятельность, смена моделей потребления и производства:

  • на первом месте по выбросам в России – энергетический сектор;
  • на втором месте – промышленность и переработка;
  • на третьем – сельское хозяйство.

Для сокращения парниковых газов РФ планирует выход на углеродно-нейтральный путь развития, чтобы выбросы ПГ были равны их поглощению. Снизить количество выбросов на 70% предполагается к 2030 году.

Пути решения данной проблемы

Устранение или смягчение последствий для климата невозможно без уменьшения выброса парниковых газов, а также без эффективного удаления их из атмосферы. Самые популярные климатические проекты основываются на переходе на другие источники энергии, экономии потребляемой энергии и повышении эффективности ее использования.

Уменьшение выбросов газов

Для достижения углеродной нейтральности в России уже сделан первый шаг. Предприятия, которые осуществляют выбросы сверх 150 тысяч тонн в эквиваленте углекислого газа, должны предоставлять отчетность, а с 2025 года этот порог понизится до 50 тысяч тонн. Вскоре будет введена система квот и налогов на выбросы, а также станет внедряться перечень рекомендаций по их сокращению в каждой отрасли. Основными мерами будут модернизация производств, внедрение новых технологий, повышение энергоэффективности источников.

Использование новых экологически безопасных источников энергии

Парниковые газы: виды, источники, расчет выбросов, проблема, последствия и пути решения

Экологически чистые энергетические источники не способны нанести вред природе, окружающей среде. Разрабатываются проекты по использованию разных видов и форм энергии, в том числе такие:

  • Солнечная энергия. Установки, работающие от энергии солнца, бывают тепловыми и фотоэлектрическими. Именно последние преобразуют солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию.
  • Геотермальные источники. Вода, циркулирующая на глубине до 3 км, нагревается до кипения от реакций в земной коре. Если горячая вода выходит на поверхность, в такой местности можно использовать энергию высокотемпературного пара для преобразования в электрическую.
  • Вода. Гидроэлектростанции применяются человеком давно, при этом остаются одними из самых экологичных и перспективных. Энергия приливов и отливов также способна вращать турбины и позволяет вырабатывать энергию несколько раз в сутки.
  • Ветер. Данный ресурс неограничен и может использоваться в любом регионе планеты. Ветер вращает лопасти электрогенераторов, помогая организовывать целые ветряные фермы.

Внедрение новых технологий удаления газа из атмосферы

Ведутся активные разработки перспективных технологий, которые позволили бы убирать CO2 из атмосферы. Они основаны на прямом улавливании или связывании двуокиси углерода, что позволит уменьшить температуру окружающей среды и затормозить глобальное потепление. «Пойманный» CO2 предполагается сжимать, транспортировать по трубам в специальные резервуары на большую глубину. Сейчас указанные технологии применяются в тестовом режиме.

Восстановление лесов

Парниковые газы: виды, источники, расчет выбросов, проблема, последствия и пути решения

Вырубка лесов и пожары привели к серьезному сокращению площадей зеленых насаждений. Это негативно сказывается на климате, а восстановление лесных экосистем – один из лучших способов уменьшения парниковых газов. Планируется привлекать крупные финансовые инвестиции в охрану лесов, их защиту от пожаров, разведение новых насаждений. Такими способами возможно нивелировать до 20-40% выбросов.

Внедрение энергосберегающих технологий

Многие индустриально развитые страны вливают огромные средства в разработку и реализацию различных энергосберегающих мероприятий и технологий. Они предполагают устранение бесполезных потерь энергии и ее более эффективное использование. Решить задачу можно путем установки нового оборудования вместо устаревшего, автоматизации производственных процессов, монтажа «умного» освещения, которое экономит электроэнергию. В строительстве важно применять новые способы утепления стен, кровли, вводить инновационные материалы, которые сокращают потери тепла из домов, квартир, предприятий.

Меры по сдерживанию парникового эффекта в России

В российских программах выхода на углеродно-нейтральный путь развития предполагается массовое внедрение новых энергосберегающих решений в промышленности и энергетике, в зданиях и транспорте. Также проводятся мероприятия по наращиванию переработки отходов, утилизации метана и других ПГ. Сокращаются сплошные вырубки лесов, усиливается их охрана от пожаров, организуются посадки молодых деревьев на неиспользуемых сельхозугодьях.

Парниковый эффект – опасное явление, которое может изменить жизнь на планете не в лучшую сторону. Его основная причина – деятельность человека, поэтому именно люди должны найти пути решения проблемы в самое ближайшее время!

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru