metano atmosférico

Desde el comienzo de la Revolución Industrial (alrededor de 1750), la concentración de metano en la atmósfera ha aumentado aproximadamente un 160%, y las actividades humanas causaron casi por completo este aumento. ^{[ 2 ]} Desde 1750, el metano ha contribuido con el 3% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en términos de masa ^{[ 3 ]} pero es responsable de aproximadamente el 23% del forzamiento radiativo o climático . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} Para 2019, las concentraciones globales de metano habían aumentado de 722 partes por mil millones (ppb) en tiempos preindustriales a 1866  ppb. ^{[ 7 ]} Esto es un aumento por un factor de 2,6 y el valor más alto en al menos 800 000 años. ^{[ 8 ] : 4 [ 9 ] [ 10 ]}

El metano aumenta la cantidad de ozono (O₃ ₎ en la troposfera ( de 6 km a 19 km de la superficie terrestre) y también en la estratosfera (desde la troposfera hasta 50 km por encima de la superficie terrestre). ^{[ 11 ]} Tanto el vapor de agua como el ozono son gases de efecto invernadero (GEI), que a su vez contribuyen al calentamiento global. ^{[ 12 ] : 2}   

El metano (CH₄ ₎ en la atmósfera terrestre es un potente gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global (PCG) 84 veces mayor que el del CO₂ _en un período de 20 años. ^{[ 14 ] [ 15 ]} El metano no es tan persistente como el CO₂ _y disminuye hasta alcanzar un valor aproximadamente 28 veces mayor que el del CO₂ _en un período de 100 años. ^{[ 16 ]}

El forzamiento radiativo o climático es el concepto científico utilizado para medir el impacto humano en el medio ambiente en vatios por metro cuadrado (W/m² ⁾ . ^{[ 17 ]} Se refiere a la "diferencia entre la irradiancia solar absorbida por la Tierra y la energía radiada de vuelta al espacio". ^{[ 18 ]} El efecto directo del forzamiento radiativo de gases de efecto invernadero del metano se estimó en un aumento de 0,5 W/m² ^con respecto al año 1750 (estimación de 2007). ^{[ 19 ] : 38 (Figura 2.3)}

En su informe de 2021 sobre la "Evaluación Global del Metano", el PNUMA y la CCAC afirmaron que su "comprensión del efecto del metano en el forzamiento radiativo" mejoró gracias a la investigación realizada por equipos liderados por M. Etminan en 2016 ^{[ 4 ]} y William Collins en 2018 ^{[ 12 ].} Esto dio lugar a una "revisión al alza" desde el Quinto Informe de Evaluación (AR5) del IPCC de 2014. La "mejor comprensión" indica que las estimaciones previas del "impacto social general de las emisiones de metano" probablemente fueron subestimadas ^{[ 20 ] : 18.}

Etminan et al. publicaron sus nuevos cálculos para el forzamiento radiativo (FR) del metano en un artículo de la revista Geophysical Research Letters _{de 2016 que incorporaba las bandas de onda corta del CH₄} en la medición del forzamiento, no utilizadas en los métodos anteriores y más simples del IPCC. Sus nuevos cálculos de FR, que revisaron significativamente los citados en informes sucesivos anteriores del IPCC para los forzamientos de gases de efecto invernadero bien mezclados (GEIM) al incluir el componente de forzamiento de onda corta debido al CH₄ _, dieron como resultado estimaciones que fueron aproximadamente un 20-25% más altas. ^{[ 4 ]} Collins et al. dijeron que la mitigación del CH₄ _que reduce el metano atmosférico para finales de siglo, podría "marcar una diferencia sustancial en la viabilidad de lograr los objetivos climáticos de París" y nos proporcionaría más "emisiones de carbono permisibles hasta 2100". ^{[ 12 ]}

Además del efecto de calentamiento directo y las retroalimentaciones normales, el metano se descompone en dióxido de carbono y agua. Esta agua suele encontrarse por encima de la tropopausa, donde normalmente llega poca agua. Ramanathan (1998) ^{[ 21 ]} señala que tanto las nubes de agua como las de hielo, cuando se forman a bajas temperaturas en la estratosfera inferior, son extremadamente eficientes para potenciar el efecto invernadero atmosférico. También señala que existe una clara posibilidad de que grandes aumentos de metano en el futuro puedan provocar un calentamiento de la superficie que aumente de forma no lineal con la concentración de metano.

Los esfuerzos de mitigación para reducir los contaminantes climáticos de corta duración, como el metano y el carbono negro, ayudarían a combatir el "cambio climático a corto plazo" y respaldarían los Objetivos de Desarrollo Sostenible . ^{[ 22 ]}

Cualquier proceso que dé como resultado la producción de metano y su liberación a la atmósfera puede considerarse una "fuente". Las fuentes conocidas de metano se ubican predominantemente cerca de la superficie terrestre. ^{[ 3 ]} Dos procesos principales responsables de la producción de metano incluyen la conversión anaeróbica de compuestos orgánicos en metano por microorganismos ( metanogénesis ), que están muy extendidos en los ecosistemas acuáticos , y los animales rumiantes .

El metano también se libera en el Ártico, por ejemplo, debido al deshielo del permafrost .

El metano se medía habitualmente mediante cromatografía de gases . La cromatografía de gases es un tipo de cromatografía que se utiliza para separar o analizar compuestos químicos. En general, es menos costosa que los métodos más avanzados, pero requiere más tiempo y mano de obra.

Los métodos espectroscópicos eran los preferidos para la medición de gases atmosféricos debido a su sensibilidad y precisión. Además, son la única forma de detectar remotamente los gases atmosféricos. La espectroscopia infrarroja abarca un amplio espectro de técnicas, una de las cuales detecta gases mediante espectroscopia de absorción . Existen diversos métodos espectroscópicos, como la espectroscopia de absorción óptica diferencial , la fluorescencia inducida por láser y la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier .

^{[ 40 ]}

En 2011, la espectroscopia de decaimiento de cavidad fue la técnica de absorción infrarroja más utilizada para la detección de metano. Se trata de una forma de espectroscopia de absorción láser que determina la fracción molar con una precisión del orden de partes por billón.

El metano atmosférico es el metano presente en la atmósfera terrestre . ^{[ 42 ]} La concentración de metano atmosférico está aumentando debido a las emisiones de metano y está causando el cambio climático . ^{[ 43 ] [ 44 ]} El metano es uno de los gases de efecto invernadero más potentes . ^{[ 45 ] : 82} El forzamiento radiativo (FR) del metano sobre el clima es directo, ^{[ 12 ] : 2} y es el segundo mayor contribuyente al forzamiento climático causado por el hombre en el período histórico. ^{[ 12 ] : 2} El metano es una fuente importante de vapor de agua en la estratosfera a través de la oxidación; ^{[ 46 ]} y el vapor de agua agrega alrededor del 15% al ​​efecto de forzamiento radiativo del metano. ^{[ 47 ]} El potencial de calentamiento global (PCG) para el metano es de aproximadamente 84 en términos de su impacto en un período de 20 años, y 28 en términos de su impacto en un período de 100 años. ^{[ 16 ]}

_El CH₄ se ha medido directamente en el medio ambiente desde la década de 1970. ^{[ 49 ] [ 2 ]} La concentración atmosférica de metano de la Tierra ha aumentado un 160 % desde los niveles preindustriales de mediados del siglo XVIII. ^{[ 2 ]}

Las mediciones atmosféricas a largo plazo de metano realizadas por la NOAA muestran que la acumulación de metano casi se triplicó desde la época preindustrial, desde 1750. ^{[ 50 ]} En 1991 y 1998 hubo un repentino aumento en la tasa de crecimiento del metano, lo que representó una duplicación de las tasas de crecimiento de años anteriores. ^{[ 50 ]} La erupción del Monte Pinatubo del 15 de junio de 1991 , con un VEI de -6 , fue la segunda erupción terrestre más grande del siglo XX. ^{[ 51 ]} En 2007 se informó que las temperaturas cálidas sin precedentes de 1998 —el año más cálido desde que se registraron datos de superficie— podrían haber inducido un aumento en las emisiones de metano, junto con un incremento en las emisiones de humedales y arrozales y la cantidad de quema de biomasa. ^{[ 52 ]}

Los datos de 2007 sugirieron que las concentraciones de metano estaban comenzando a aumentar nuevamente. ^{[ 53 ]} Esto se confirmó en 2010 cuando un estudio mostró que los niveles de metano estaban en aumento durante los 3 años 2007 a 2009. Después de una década de crecimiento casi nulo en los niveles de metano, "el metano atmosférico promedio mundial aumentó en [aproximadamente] 7  nmol/mol por año durante 2007 y 2008. Durante la primera mitad de 2009, el CH ₄ atmosférico promedio mundial fue [aproximadamente] 7  nmol/mol mayor que en 2008, lo que sugiere que el aumento continuará en 2009". ^{[ 54 ]} De 2015 a 2019 se han registrado fuertes aumentos en los niveles de metano atmosférico. ^{[ 55 ]}

En 2010, los niveles de metano en el Ártico se midieron en 1850  nmol/mol, más del doble de los registrados en cualquier momento de los últimos 400 000 años. Según el AR5 del IPCC, desde 2011 las concentraciones continuaron aumentando. Después de 2014, el aumento se aceleró y, para 2017, alcanzó las 1850 partes por mil millones (ppb). ^{[ 56 ]} El promedio anual de metano (CH₄ ₎ fue de 1866 ppb en 2019 y los científicos informaron con "muy alta confianza" que las concentraciones de CH₄ _eran más altas que en cualquier momento de los últimos 800 000 años. ^{[ 5 ]} El mayor aumento anual se produjo en 2021, con concentraciones actuales que alcanzaron un récord del 260 % ​​de los niveles preindustriales , siendo el porcentaje mayoritario causado por la actividad humana. ^{[ 2 ]} 

Desde 2006, las concentraciones atmosféricas de metano han aumentado , mientras que el valor promedio global de δ¹³C ^– CH₄ _ha mostrado una disminución gradual. Con base en esto, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) concluyó que el reciente aumento del metano se originó principalmente a partir de emisiones microbianas con isótopos más ligeros, como las emisiones de humedales y agrícolas, en lugar de un aumento de las fuentes térmicas o de combustión (por ejemplo, combustibles fósiles). ^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}

Sin embargo, esta conclusión no es universalmente aceptada. Los cambios en los isótopos y sumideros, como OH (radicales hidroxilo) , indican que el reciente aumento del metano atmosférico no está impulsado principalmente por los combustibles fósiles. Sin embargo, los cambios isotópicos reflejan los efectos combinados de las fuentes y los sumideros de metano. Por lo tanto, la evolución atmosférica de δ ¹³ C–CH ₄ puede verse influenciada por múltiples factores. ^{[ 58 ] [ 59 ]} Los valores más ligeros de δ ¹³ C solo indican fuentes microbianas relativamente mayores; por lo tanto, no pueden descartar directamente aumentos concurrentes en las emisiones de combustibles fósiles. Varios modelos de inversión recientes muestran que las emisiones de combustibles fósiles, agricultura y residuos (por ejemplo, vertederos, gestión de estiércol y tratamiento de aguas residuales) pueden representar cada una aproximadamente la mitad del aumento atmosférico, con las fuentes antropogénicas (agricultura + combustibles fósiles) dominando el aumento general. Además, existen incertidumbres sustanciales tanto en la huella isotópica δ¹³C ^– CH₄ _de las fuentes como en las propias estimaciones de emisión, lo que hace que los resultados de la atribución de fuentes sean sensibles a las suposiciones previas. En general, este es un tema que sigue abierto al debate científico. ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}

En 2013, los científicos del IPCC afirmaron con "muy alta confianza" que las concentraciones de metano atmosférico CH₄ _" superaban los niveles preindustriales en aproximadamente un 150%, lo que representaba "niveles sin precedentes en al menos los últimos 800 000 años". ^{[ 5 ] [ 63 ]} La concentración media global de metano en la atmósfera terrestre aumentó en aproximadamente un 150%, de 722 ± 25  ppb en 1750 a 1803,1 ± 0,6  ppb en 2011. ^{[ 64 ] [ 65 ]} En 2016, el metano contribuía con un forzamiento radiativo de 0,62 ± 14%  Wm⁻² , ^{[ 4 ]} o aproximadamente el 20% del forzamiento radiativo total de todos los gases de efecto invernadero de larga duración y mezclados globalmente. ^{[ 16 ] La concentración atmosférica de} metano ha seguido aumentando desde 2011 a una concentración global promedio de 1911,8 ± 0,6 ppb en 2022. ^{[ 7 ]} El pico de mayo de 2021 fue de 1891,6 ppb, mientras que el pico de abril de 2022 fue de 1909,4 ppb, un aumento del 0,9 %. ^{[ 65 ]}   

El consorcio Global Carbon Project elabora el Presupuesto Global de Metano. En colaboración con más de cincuenta instituciones de investigación internacionales y 100 estaciones en todo el mundo, actualiza el presupuesto de metano cada pocos años. ^{[ 66 ]}

En 2013, el equilibrio entre las fuentes y los sumideros de metano aún no se comprendía del todo. Los científicos no pudieron explicar por qué la concentración atmosférica de metano había dejado de aumentar temporalmente. ^{[ 67 ]}

El enfoque en el papel del metano en el cambio climático antropogénico se ha vuelto más relevante desde mediados de la década de 2010. ^{[ 68 ]}

La cantidad de metano en la atmósfera es el resultado de un equilibrio entre la producción de metano en la superficie terrestre —su fuente— y la destrucción o eliminación de metano, principalmente en la atmósfera —su sumidero— , mediante un proceso químico atmosférico . ^{[ 69 ]} Dado que la oxidación del metano consume radicales hidroxilo (OH) , concentraciones más altas de metano pueden reducir los niveles medios globales de OH y aumentar ligeramente la vida útil atmosférica del metano (originalmente de aproximadamente 9 años). Esto crea una retroalimentación positiva entre las fuentes y los sumideros de metano que se considera explícitamente en los estudios contemporáneos de química atmosférica y clima. ^{[ 70 ]}

El análisis de isótopos de carbono permite a los científicos identificar la fuente del carbono en una muestra de metano midiendo cuidadosamente la proporción entre la forma más común de carbono, el carbono-12 , y su isótopo estable, el carbono-13 (13C) , que tiene un neutrón adicional y, por lo tanto, es más pesado. Esto significa que el 13C es ligeramente más pesado que el 12C. ^{[ 57 ]} Al analizar la composición isotópica del metano en la atmósfera, es posible distinguir entre fuentes microbianas, térmicas y de combustión de metano en observaciones atmosféricas y modelos de inversión. ^{[ 71 ]}

Otro importante sumidero natural se produce mediante la oxidación llevada a cabo por bacterias metanotróficas o consumidoras de metano en los suelos terrestres.

Estas simulaciones informáticas de la NASA de 2005 , calculadas a partir de los datos disponibles en aquel momento , ilustran cómo se destruye el metano a medida que asciende.

A medida que el aire asciende en los trópicos, el metano es transportado hacia arriba a través de la troposfera —la porción más baja de la atmósfera terrestre, que se encuentra entre 4 millas (6,4 km) y 12 millas ( 19 km) de la superficie terrestre— hasta la estratosfera inferior —la capa de ozono— y luego a la porción superior de la estratosfera. ^{[ 69 ]}  

Este proceso químico atmosférico es el sumidero de metano más eficaz, ya que elimina el 90% del metano atmosférico. ^{[ 67 ]} Esta destrucción global del metano atmosférico ocurre principalmente en la troposfera. ^{[ 67 ]}

Las moléculas de metano reaccionan con los radicales hidroxilo (OH) , el principal agente depurador químico de la troposfera que controla la vida útil atmosférica de la mayoría de los gases en la troposfera. ^{[ 72 ]} Mediante este proceso de oxidación del CH₄ _, el metano atmosférico se destruye y se producen vapor de agua y dióxido de carbono.

Si bien esto reduce la concentración de metano en la atmósfera, no está claro si esto conlleva un aumento neto positivo del forzamiento radiativo, ya que tanto el vapor de agua como el dióxido de carbono son factores de GEI más potentes en lo que respecta a afectar el calentamiento de la Tierra.

Este vapor de agua adicional en la estratosfera, causado por la oxidación del CH₄ _, añade aproximadamente un 15% al ​​efecto de forzamiento radiativo del metano. ^{[ 73 ] [ 46 ]}

Para la década de 1980, el problema del calentamiento global se había transformado al incluir el metano y otros gases traza _distintos del CO₂ —CFC , N₂O _y O₃— _en el calentamiento global, en lugar de centrarse principalmente en el dióxido de carbono. ^{[ 74 ] [ 75 ]} Tanto las nubes de agua como las de hielo, cuando se forman a bajas temperaturas en la estratosfera inferior, tienen un impacto significativo al aumentar el efecto invernadero atmosférico. Grandes aumentos en el metano futuro podrían conducir a un calentamiento de la superficie que aumenta de forma no lineal con la concentración de metano. ^{[ 74 ] [ 75 ]}

El metano también afecta la degradación de la capa de ozono , la capa más baja de la estratosfera, que se encuentra entre los 15 y los 35 kilómetros (9 y 22 millas) sobre la Tierra, justo encima de la troposfera. ^{[ 76 ]} En 2001, investigadores de la NASA afirmaron que este proceso se veía potenciado por el calentamiento global, ya que el aire más cálido retiene más vapor de agua que el aire más frío, por lo que la cantidad de vapor de agua en la atmósfera aumenta a medida que se calienta debido al efecto invernadero. Sus modelos climáticos, basados ​​en los datos disponibles en ese momento, indicaron que el dióxido de carbono y el metano potenciaban el transporte de agua hacia la estratosfera. ^{[ 77 ]} 

El metano atmosférico podría durar unos 120 años en la estratosfera hasta que finalmente se destruya mediante el proceso de oxidación de los radicales hidroxilo. ^{[ 78 ]}

Vida útil media

Existen diferentes maneras de cuantificar el tiempo que el metano afecta la atmósfera. Se estima que el tiempo promedio que una molécula de metano permanece en la atmósfera es de aproximadamente 9,6 años. ^{[ 80 ] [ 81 ] [ 79 ]} Sin embargo, el tiempo promedio que la atmósfera se verá afectada por la emisión de esa molécula antes de alcanzar el equilibrio —conocido como su «tiempo de vida de perturbación»— es de aproximadamente doce años. ^{[ 22 ] [ 82 ]}

La reacción de los átomos de metano y cloro actúa como un sumidero primario de átomos de Cl y es una fuente primaria de ácido clorhídrico (HCl) en la estratosfera. ^{[ 83 ]}

CH₄ + Cl → _CH₃ + _HCl

El HCl producido en esta reacción conduce a la destrucción catalítica del ozono en la estratosfera. ^{[ 78 ]}

Metanótrofos en suelos y sedimentos

Los suelos actúan como un importante sumidero de metano atmosférico a través de las bacterias metanotróficas que residen en ellos. Esto ocurre con dos tipos diferentes de bacterias. Las bacterias metanotróficas de "alta capacidad y baja afinidad" crecen en áreas de alta concentración de metano, como suelos anegados en humedales y otros ambientes húmedos. Y en áreas de baja concentración de metano, las bacterias metanotróficas de "baja capacidad y alta afinidad" utilizan el metano de la atmósfera para crecer, en lugar de depender del metano de su entorno inmediato. ^{[ 85 ]} La oxidación del metano permite a las bacterias metanotróficas utilizar el metano como fuente de energía, haciendo reaccionar el metano con el oxígeno y, como resultado, produciendo dióxido de carbono y agua.

CH₄ + _2O₂ → _CO₂ + _2H₂O​​

Los suelos forestales actúan como buenos sumideros de metano atmosférico porque tienen la humedad óptima para la actividad de los metanótrofos y el movimiento de gases entre el suelo y la atmósfera (difusividad del suelo) es alto. ^{[ 85 ]} Con un nivel freático más bajo, cualquier metano en el suelo debe superar las bacterias metanotróficas antes de poder llegar a la atmósfera. Sin embargo, los suelos de los humedales suelen ser fuentes de metano atmosférico en lugar de sumideros porque el nivel freático es mucho más alto y el metano puede difundirse con relativa facilidad en el aire sin tener que competir con los metanótrofos del suelo. ^{[ 85 ]}

Las bacterias metanotróficas también se encuentran en los sedimentos submarinos . Su presencia a menudo puede limitar eficazmente las emisiones de fuentes como el permafrost submarino en áreas como el mar de Laptev. ^{[ 84 ]}

Tecnologías de remoción

La eliminación del metano atmosférico es una categoría de enfoques potenciales que se están investigando para acelerar la descomposición del metano que está en la atmósfera, para mitigar algunos de los impactos del cambio climático . ^{[ 86 ]} El metano atmosférico ha aumentado desde los tiempos preindustriales de 0,7 ppm a 1,9 ppm, más del doble de su concentración. ^{[ 87 ]} El aumento de metano debido a la industrialización está vinculado a la falla de los sumideros naturales de metano para acomodar el aumento de metano debido a las actividades antropogénicas. ^{[ 87 ]} De 2010 a 2019, las emisiones de metano causaron 0,5  °C (alrededor del 30 %) del calentamiento global observado . Las emisiones globales de metano se acercaron a un récord de 600 Tg CH ₄ por año en 2017. ^{[ 88 ]} El metano es un potente gas de efecto invernadero con una vida útil de hasta 12 años. Con la capacidad de experimentar reacciones que convierten el metano en dióxido de carbono, el cual tiene una vida útil de cientos de miles de años, el metano es un gas de efecto invernadero de gran impacto. El metano atmosférico es un gas de efecto invernadero más potente que el dióxido de carbono, con un potencial de calentamiento global 34 veces mayor en y 86 veces mayor en 20 años. ^{[ 89 ]} Dado que el metano es un gas de efecto invernadero más potente, eliminar cantidades menores de metano atmosférico en comparación con el dióxido de carbono de la atmósfera daría como resultado un impacto climático similar. ^{[ 89 ]} Con niveles de fondo de dióxido de carbono atmosférico de aproximadamente 420 ppm y niveles de fondo de metano atmosférico de aproximadamente 1,92 ppm, concentraciones más bajas de metano dan como resultado un aumento en la dificultad de captura de metano en comparación con el dióxido de carbono. ^{[ 87 ] [ 89 ] [ 86 ]} Junto con la escasez de metano en la atmósfera, la estabilidad del metano y las condiciones atmosféricas en términos de termodinámica, cinética y transferencia de masa son factores que contribuyen en gran medida a la dificultad de eliminación. ^{[ 87 ]} La eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera ha demostrado ser impactante en términos de esfuerzos de mitigación de gases de efecto invernadero, con diversos esfuerzos de investigación y una base tecnológica. ^{[ 89 ]}  

Se han estudiado numerosos métodos de eliminación de metano atmosférico, incluyendo fotocatalizadores y catalizadores metálicos asociados con zeolitas y redes de polímeros porosos. ^{[ 89 ] [ 90 ]} Los métodos de eliminación de metano de base biológica que se han estudiado incluyen la formación de aerosoles de sales de hierro, enfoques industriales y enfoques para el manejo de suelos en diversos ecosistemas. ^{[ 89 ] [ 90 ]} Muchos de los métodos de eliminación de metano implican química de oxidación, como la oxidación termocatalítica, fotocatalítica y biológica. ^{[ 86 ]} Los lugares objetivo para la destrucción de metano incluyen aire ambiente, aire enriquecido con metano, aire con alto contenido de metano, aire con muy alto contenido de metano y aire cercano a la explosión. ^{[ 86 ]} Las descripciones de estos objetivos y sus respectivas proporciones de mezcla atmosférica se pueden ver en la tabla 1 con la información proporcionada en Nisbet-Jones. ^{[ 86 ]}

Tabla 1: Esta tabla reproduce directamente la información de Nisbet-Jones, que proporciona información sobre diferentes objetivos para la detección de metano y las respectivas proporciones de mezcla y ejemplos enumerados en el artículo de opinión. ^{[ 86 ]}

Para eliminar el metano de la atmósfera, se requiere energía que probablemente implique la emisión de gases de efecto invernadero. ^{[ 86 ]} Esto hace que algunas formas de eliminación de metano de origen antropogénico sean potencialmente menos productivas y más dañinas que dejar el metano en la atmósfera. ^{[ 86 ]} Independientemente de los posibles impactos ambientales, los costos frente a los beneficios y otros factores importantes, en este artículo se analizarán exhaustivamente todos los métodos de eliminación de metano atmosférico, incluyendo información relacionada con la eliminación de metano atmosférico.

La eliminación de metano atmosférico se considera generalmente una estrategia complementaria de mitigación del cambio climático, más que una solución principal, ya que la reducción de emisiones en la fuente suele ser más eficaz, menos intensiva en energía y de menor coste. Las emisiones de sectores como los sistemas de gas, la agricultura y la gestión de residuos pueden reducirse mediante tecnologías existentes como la detección y reparación de fugas, la gestión mejorada del estiércol y la captura de gas de vertedero. Estos métodos se han identificado como rentables. ^{[ 91 ] [ 92 ] [ 89 ]} La baja concentración de metano atmosférico (aproximadamente 1,9 ppm) significa que se necesitan procesar grandes volúmenes de aire para lograr una eliminación medible, lo que puede correlacionarse con mayores requisitos de energía e infraestructura. ^{[ 89 ] [ 87 ]} Los análisis de costes marginales de mitigación generalmente muestran que las medidas de mitigación del metano son acciones climáticas de menor coste, mientras que las tecnologías de eliminación de metano atmosférico se encuentran en etapas tempranas de desarrollo. Esto puede correlacionarse con mayores costes proyectados e incertidumbres. ^{[ 89 ] [ 93 ]} La investigación actual a menudo se centra en la reducción de emisiones, considerando la eliminación de metano como una aplicación complementaria.

La eliminación de metano desempeña un papel importante en el tratamiento de las emisiones residuales difíciles de eliminar y en la reducción del metano acumulado en la atmósfera. El metano tiene una vida útil atmosférica de aproximadamente 10 a 12 años, por lo que reducir su concentración puede generar beneficios climáticos relativamente rápidos en comparación con la mitigación del dióxido de carbono. ^{[ 93 ] [ 89 ]} El despliegue a gran escala de tecnologías de eliminación de metano enfrenta muchos desafíos importantes relacionados con la escalabilidad, el monitoreo y los impactos ambientales. Los sistemas diseñados están limitados por muchos factores, como el volumen de aire que se puede procesar, la eficiencia del catalizador y los requisitos energéticos generales. Además, los enfoques atmosféricos, incluida la oxidación, pueden introducir efectos químicos no deseados, como cambios en los niveles de ozono y la calidad del aire. ^{[ 94 ] [ 87 ]} Medir y verificar con precisión la eliminación de metano a escala atmosférica sigue siendo difícil debido a la variabilidad natural y la naturaleza difusa de las fuentes y sumideros de metano. ^{[ 87 ]} Estos factores contribuyen a la investigación en curso sobre la viabilidad a largo plazo y el papel óptimo de la eliminación de metano atmosférico dentro de estrategias más amplias de mitigación del cambio climático.

Entre 1996 y 2004, los investigadores del proyecto europeo EPICA (European Project for Ice Coreing in Antarctica ) pudieron perforar y analizar los gases atrapados en los núcleos de hielo de la Antártida para reconstruir las concentraciones de GEI en la atmósfera durante los últimos 800 000 años. ^{[ 95 ]} Descubrieron que, antes de hace aproximadamente 900 000 años, el ciclo de edades de hielo seguido de períodos cálidos relativamente cortos duraba unos 40 000 años, pero hacia hace 800 000 años el intervalo de tiempo cambió drásticamente a ciclos que duraban 100 000 años. ^{[ 95 ]} Hubo valores bajos de GEI en las edades de hielo y valores altos durante los períodos cálidos. ^{[ 95 ]}

Esta ilustración de la EPA de 2016 que se muestra arriba es una compilación de paleoclimatología que muestra concentraciones de metano a lo largo del tiempo basadas en el análisis de burbujas de gas de ^{[ 96 ]} EPICA Dome C , Antártida — aproximadamente 797 446 a. C. a 1937 d. C., ^{[ 97 ]} Law Dome , Antártida — aproximadamente 1008 d. C. a 1980 d. C. ^{[ 98 ]} Cabo Grim , Australia — 1985 d. C. a 2015 d. C. ^{[ 99 ]} Mauna Loa , Hawái — 1984 d. C. a 2015 d. C. ^{[ 100 ]} y las Islas Shetland , Escocia: 1993 d. C. a 2001 d. C. ^{[ 101 ]}

Se ha sugerido que la liberación masiva y rápida de grandes volúmenes de gas metano desde dichos sedimentos a la atmósfera es una posible causa de eventos de calentamiento global rápido en el pasado remoto de la Tierra, como el Máximo Térmico ^del Paleoceno-Eoceno [ ^{103 ]} y la Gran Extinción ^{[ 104 ]} .

En 2001, científicos del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA y del Centro de Investigación de Sistemas Climáticos de la Universidad de Columbia confirmaron que otros gases de efecto invernadero, además del dióxido de carbono, eran factores importantes en el cambio climático, según una investigación presentada en la reunión anual de la Unión Geofísica Americana (AGU). ^{[ 105 ]} Ofrecieron una teoría sobre el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, de 100 000 años de duración , que ocurrió hace aproximadamente 55 millones de años. Postularon que hubo una liberación masiva de metano que previamente se había mantenido estable mediante "temperaturas frías y alta presión... bajo el lecho oceánico". Esta liberación de metano a la atmósfera resultó en el calentamiento de la Tierra. Un artículo de la revista Science de 2009 confirmó la investigación de la NASA de que la contribución del metano al calentamiento global se había subestimado previamente. ^{[ 106 ] [ 107 ]}

En los inicios de la historia de la Tierra, el dióxido de carbono y el metano probablemente produjeron un efecto invernadero . El dióxido de carbono habría sido producido por volcanes y el metano por los primeros microbios. Durante este período, surgieron las primeras formas de vida en la Tierra. ^{[ 108 ]} Según un artículo de 2003 publicado en la revista Geology , estas primeras bacterias antiguas contribuyeron a la concentración de metano al convertir hidrógeno y dióxido de carbono en metano y agua. El oxígeno no se convirtió en un componente importante de la atmósfera hasta que los organismos fotosintéticos evolucionaron más adelante en la historia de la Tierra. Sin oxígeno, el metano permaneció en la atmósfera durante más tiempo y en concentraciones más altas que en la actualidad. ^{[ 109 ]}