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Eliminación de metano atmosférico

La eliminación del metano atmosférico es una categoría de posibles enfoques que se están investigando para acelerar la descomposición del metano que se encuentra en la atmósfera, con el fin de mitigar algunos de los impactos del cambio climático . [1]

El metano atmosférico ha aumentado desde la época preindustrial de 0,7 ppm a 1,9 ppm. [2] Entre 2010 y 2019, las emisiones de metano causaron 0,5 °C (aproximadamente el 30 %) del calentamiento global observado . [3] [4] Las emisiones globales de metano se acercaron a un récord de 600 Tg de CH 4 por año en 2017. [1]

Sumideros atmosféricos naturales de metano

Presupuesto mundial de metano 2017, que muestra los sumideros de metano

El metano tiene una vida atmosférica limitada, de unos 10 años, debido a los importantes sumideros de metano . El principal sumidero de metano es la oxidación atmosférica, a partir de radicales hidroxilo (~90% del sumidero total) y radicales cloro (0-5% del sumidero total). El resto es consumido por metanótrofos y otras bacterias y arqueas oxidantes de metano en los suelos (~5%). [5]

Posibles enfoques

Los diferentes métodos para eliminar el metano de la atmósfera incluyen la oxidación termocatalítica, la oxidación fotocatalítica, la eliminación biológica metanotrófica de metano, la concentración con zeolitas u otros sólidos porosos y la separación mediante membranas. [6]

Los métodos potenciales se pueden clasificar según el proceso catalítico subyacente o la forma de implementación potencial.

Oxidación mejorada del metano atmosférico

La oxidación atmosférica mejorada del metano es el concepto de mejorar el sumidero oxidativo general de metano en la atmósfera, mediante la generación de radicales atmosféricos de hidroxilo o cloro adicionales .

Aerosoles de sales de hierro

Los aerosoles de sales de hierro son un método propuesto para mejorar la oxidación atmosférica del metano, que implica el lanzamiento de partículas a base de hierro a la atmósfera (por ejemplo, desde aviones [7] o barcos) para aumentar los radicales de cloro atmosféricos, un sumidero natural de metano. [8] Los vientos sobre el Sahara levantan polvo hacia la troposfera y lo dispersan sobre el Atlántico. [9] Un estudio de 2023 sugiere que esto ha contribuido a la oxidación atmosférica natural del metano. [10] [11]

Se están estudiando los aerosoles de sal de hierro por el potencial del cloruro de hierro (III) (FeCl 3 ) para catalizar la producción de radicales de cloro. [12] Los átomos de cloro se producen por fotólisis a partir del FeCl 3 que proviene de partículas de aerosol de polvo que contienen hierro en el aire en la capa límite oceánica . [13]

Eliminación de metano atmosférico con FeCl3
FeCl3 + hv → FeCl2 + oCl​​

Los átomos de cloro inician la oxidación del metano:

CH4 + oCl → HCl + oCH3​

El radical metilo resultante es inestable y se oxida naturalmente a CO2 y agua:

3,5O 2 + 2 o CH 3 → 2CO 2 + 3H 2 O
Efectos secundarios del cloruro férrico

Las partículas finas dispersas en la atmósfera pueden servir como núcleos de condensación de nubes y, por lo tanto, causar el brillo de las nubes marinas [14].

Finalmente, todas las partículas de FeCl3 se eliminan del aire y caen sobre la tierra o el agua, donde se disuelven en compuestos de hierro y sal. [12]

Los aerosoles de sales de hierro también pueden contribuir a la fertilización con hierro .

Mejora de los metanótrofos terrestres

Las bacterias y arqueas del suelo representan aproximadamente el 5% del sumidero natural de metano. Las primeras investigaciones se están centrando en cómo se puede mejorar la actividad de estas bacterias, ya sea mediante el uso de enmiendas del suelo o la introducción de bacterias oxidantes de metano seleccionadas o modificadas genéticamente. [15]

Sistemas de ingeniería catalítica

Los sistemas catalíticos están diseñados para hacer pasar el aire de la atmósfera, ya sea de forma pasiva o activa, a través de sistemas catalíticos que aprovechan la energía del sol, una luz artificial o el calor para oxidar el metano. Estos catalizadores incluyen termocatalizadores, fotocatalizadores y radicales producidos artificialmente a través de la fotólisis (utilizando la luz para descomponer una molécula). [15]

Referencias

  1. ^ ab Jackson, Robert (2021). "Eliminación de metano atmosférico: una agenda de investigación". Philosophical Transactions A . 379 (20200454). Bibcode :2021RSPTA.37900454J. doi :10.1098/rsta.2020.0454. PMC  8473948 . PMID  34565221.
  2. ^ "El aumento del metano podría ser una señal de que el clima de la Tierra está atravesando una 'transición a nivel terminal'". 14 de agosto de 2023.
  3. ^ "Figura AR6 WG1". ipcc.ch . Consultado el 5 de octubre de 2023 .
  4. ^ "Metano y cambio climático".
  5. ^ Saunois, Marielle; Stavert, Ann R.; Poulter, Ben; Bousquet, Philippe; Canadell, Josep G.; Jackson, Robert B.; Raymond, Peter A.; Dlugokencky, Edward J.; Houweling, Sander; Patra, Prabir K.; Ciais, Philippe; Arora, Vivek K.; Bastviken, David; Bergamaschi, Peter; Blake, Donald R. (15 de julio de 2020). "El presupuesto mundial de metano 2000-2017". Datos científicos del sistema terrestre . 12 (3): 1561-1623. Código Bib : 2020ESSD...12.1561S. doi : 10.5194/essd-12-1561-2020 . ISSN  1866-3508.
  6. ^ Nisbet-Jones, Peter BR; Fernandez, Julianne M.; Fisher, Rebecca E.; France, James L.; Lowry, David; Waltham, David A.; Woolley Maisch, Ceres A.; Nisbet, Euan G. (24 de enero de 2022). "¿Es la destrucción o eliminación del metano atmosférico una opción que valga la pena?". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 380 (2215). Bibcode :2022RSPTA.38010108N. doi :10.1098/rsta.2021.0108. PMC 8646139 . PMID  34865528. 
  7. ^ Atmospheric Methane Removal AG (8 de marzo de 2024). "Dispersión por aviones". amr.earth .
  8. ^ "Aerosoles de sales de hierro: eliminación de metano atmosférico". sparkclimate.org . Consultado el 9 de abril de 2024 .
  9. ^ Radford, Tim (16 de julio de 2014). "El polvo del desierto alimenta la vida en las profundidades del océano". The Daily Climate .
  10. ^ "Spark Climate Solutions". sparkclimate.org . Consultado el 5 de octubre de 2023 .
  11. ^ van Herpen, Maarten; et al. (2023). "Producción fotocatalítica de átomos de cloro en aerosoles de polvo mineral y rocío marino sobre el Atlántico Norte". PNAS . 120 (31): e2303974120. Bibcode :2023PNAS..12003974V. doi :10.1073/pnas.2303974120. PMC 10400977 . PMID  37487065. 
  12. ^ ab Franz D. Oeste; Renaud de Richter; Thingzhen Ming (2017). "Ingeniería climática imitando el control climático del polvo natural: el método del aerosol de sal de hierro". Earth System Dynamics . 8 (1): 1–54. Bibcode :2017ESD.....8....1O. doi : 10.5194/esd-8-1-2017 .
  13. ^ Oum KW, Lakin MJ, DeHaan DO, Brauers T, Finlayson-Pitts BJ (2 de enero de 1998). "Formación de cloro molecular a partir de la fotólisis de ozono y partículas acuosas de sal marina". Science . 279 (5347): 74–77. Bibcode :1998Sci...279...74O. doi :10.1126/science.279.5347.74. PMID  9417027.
  14. ^ Mace, Gerald G. (1 de febrero de 2023). "Aclaramiento natural de las nubes marinas en el océano Austral". Química y física atmosférica de la EGU . 23 (1677–1685): 74–77. doi : 10.5194/acp-23-1677-2023 .
  15. ^ ab Jackson, Robert B.; Abernethy, Sam; Canadell, Josep G.; Cargnello, Matteo; Davis, Steven J.; Féron, Sarah; Fuss, Sabine; Heyer, Alexander J.; Hong, Chaopeng; Jones, Chris D.; Damon Matthews, H.; O'Connor, Fiona M.; Pisciotta, Maxwell; Rhoda, Hannah M.; de Richter, Renaud (15 de noviembre de 2021). "Eliminación de metano atmosférico: una agenda de investigación". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 379 (2210): 20200454. Bibcode :2021RSPTA.37900454J. doi :10.1098/rsta.2020.0454. ISSN  1364-503X. Número de modelo : PMID 34565221  .