Ključne poruke
Metan je snažan staklenički plin i glavni je uzročnik prizemnog ozona. Potrebne su dodatne mjere za kontrolu i smanjenje emisija metana, kao i drugih prekursora ozona, na europskoj i međunarodnoj razini kako bi se ublažile klimatske promjene, poboljšala kvaliteta zraka i smanjili zdravstveni učinci.
Metan je odgovoran za 12% emisija stakleničkih plinova u Europi. Iako se emisije metana smanjuju u EU, globalne emisije metana i relativni doprinos metana globalnom zagrijavanju rastu. Globalne emisije metana također značajno utječu na koncentracije prizemnog ozona u Europi.
Prizemni ozon šteti ljudskom zdravlju i povezan je s respiratornim bolestima i prijevremenim smrtima. U EU, koncentracije ozona ostaju iznad razina koje preporučuje Svjetska zdravstvena organizacija (WHO), s 94% urbanog stanovništva EU izloženog štetnim razinama. Ostajanje unutar vrijednosti Smjernica za kvalitetu zraka WHO-a moglo bi potencijalno spriječiti 70.000 prijevremenih smrti godišnje u EU.
Prizemni ozon također utječe na ekosustave i poljoprivrednu proizvodnju. Smanjuje stopu rasta i prinose usjeva, a procjenjuje se da svake godine u Europi uzrokuje štetu od najmanje 2 milijarde eura na poljoprivrednim kulturama.
Metan kao prekursor ozona i njegovi utjecaji
Metan (CH₄) je prekursor prizemnog ozona (O₃) i stoga ima negativan utjecaj na kvalitetu zraka. Ozon je jak oksidans i može oštetiti ljudsko zdravlje i okoliš. Izloženost ozonu povezana je s respiratornim bolestima i smrtnošću kako kratkoročno, tako i dugoročno. Prema Globalnoj procjeni metana, ozon koji se pripisuje antropogenim emisijama metana uzrokuje oko pola milijuna prijevremenih smrti svake godine na globalnoj razini.
Globalne smjernice za kvalitetu zraka WHO-a identificiraju razine kvalitete zraka potrebne za zaštitu javnog zdravlja diljem svijeta na temelju trenutno dostupnih opsežnih znanstvenih dokaza. Za ozon, najnovije smjernice uključuju kratkoročnu 8-satnu prosječnu razinu smjernica od 100 µg/m³. Također, nova dugoročna prosječna razina ozona u sezoni najvećih koncentracija postavljena je na 60 µg/m³, na temelju novih dokaza o dugoročnim učincima ozona na ukupnu smrtnost i respiratornu smrtnost.
Koncentracije prizemnog ozona u EU u 2022. godini ostale su iznad razina koje preporučuje WHO: 94% onih koji žive u urbanim područjima EU bilo je izloženo koncentracijama ozona iznad kratkoročne razine smjernica. Smanjenje razina ozona ispod dugoročne razine smjernica WHO-a potencijalno bi spriječilo oko 70.000 prijevremenih smrti u EU u 2022. godini.
Osim učinaka na ljudsko zdravlje, prizemni ozon ima značajne utjecaje na vegetaciju, uključujući poljoprivredne kulture i šume. Ozon smanjuje stope rasta i prinose usjeva te ima negativne utjecaje na bioraznolikost i usluge ekosustava diljem Europe.
Zbog svojih utjecaja na poljoprivrednu proizvodnju, prizemni ozon također uzrokuje ekonomske gubitke. U 2022. godini, gotovo trećina europskih poljoprivrednih zemljišta bila je izložena razinama ozona iznad granične vrijednosti postavljene za zaštitu vegetacije u Direktivi EU o kvaliteti zraka okoline. Dugoročni cilj je ispunjen za samo 11,2% poljoprivrednih zemljišta.
Gubici usjeva u 2022. godini zbog utjecaja ozona diljem Europe procijenjeni su na oko 6.700 kilotona pšenice, što odgovara vrijednosti od 1,3 milijarde eura, i oko 3.200 kilotona krumpira, što odgovara vrijednosti od 680 milijuna eura. Upravljanje emisijama metana stoga može imati značajan utjecaj na kvalitetu zraka, ljudsko zdravlje i produktivnost usjeva (što u konačnici utječe na sigurnost hrane).
Mehanizam nastanka ozona u kontekstu metana
Prizemni ozon, također nazvan troposferski ozon, nastaje kada toplina i svjetlost uzrokuju kemijske reakcije između različitih prekursora kao što su dušikovi oksidi (NOₓ) i hlapivi organski spojevi (VOC). VOC uključuju kemijske spojeve koji mogu igrati ulogu u formiranju ozona. Kada se isključi metan, koristi se termin “VOC bez metana” (ili NMVOC). VOC su raznoliki: imaju različita vremena zadržavanja u atmosferi i različite kapacitete za formiranje ozona. Također potječu iz različitih izvora. Značajan doprinos dolazi od biogenih emisija, kako za NMVOC (koje emitira vegetacija) tako i za metan (na primjer močvare).
Izvješće Europskog tematskog centra za ljudsko zdravlje i okoliš uključuje pregled složenog procesa formiranja ozona i interakcije glavnih prekursora ozona u prisutnosti svjetlosti. Ovisno o omjerima između NOₓ i VOC, ozon se može akumulirati ili uništiti u atmosferi, proces koji se naziva “titracija”.
Zbog složenosti formiranja ozona i također ovisno o lokalnim uvjetima, smanjenja emisija prekursora ne moraju uvijek dovesti do smanjenja lokalnih koncentracija ozona.
Vrijeme zadržavanja i prostorna skala posebno su relevantni kada se razmatra ublažavanje metana i njegov utjecaj na razine ozona. Metan se naziva kratkoživućim klimatskim onečišćivačem u kontekstu ublažavanja klimatskih promjena. To je zato što je njegovo vrijeme zadržavanja u atmosferi oko 12 godina, što se čini kratkim u usporedbi s vremenom zadržavanja ugljikovog dioksida (CO₂), koje prelazi stoljeće. Ipak, u kontekstu kvalitete zraka, vrijeme zadržavanja metana je dugo u usporedbi s vremenima zadržavanja drugih onečišćivača zraka (sati za NOₓ, dani ili tjedni za O₃ i druge VOC).
S obzirom na relativno dugo vrijeme zadržavanja u kontekstu onečišćenja zraka i povećanu koncentraciju u atmosferi, metan je značajan doprinositelj opterećenju prizemnim ozonom. Trenutne globalne emisije metana iz prirodnih i antropogenih izvora procjenjuju se odgovornima za oko 37% pozadinskih razina ozona u Europi.
Metan i njegova uloga u klimatskim promjenama
Osim što doprinosi onečišćenju zraka, metan značajno doprinosi globalnom zagrijavanju i klimatskim promjenama zbog svog visokog potencijala zagrijavanja. Od zabilježenog neto povećanja globalne temperature od 1,1°C, koje uzima u obzir učinak hlađenja aerosola, 0,5°C može se pripisati metanu. Metan je približno 84 puta učinkovitiji kao staklenički plin nego ugljikov dioksid kada se razmatra u vremenskom rasponu od 20 godina. Stoga je obuzdavanje emisija metana učinkovita strategija za ograničavanje globalnog zagrijavanja u kratkoročnom razdoblju.
Klimatske promjene također mogu utjecati na prirodne izvore metana. Na primjer, permafrost, tresetišta, jezera, plitka mora i sedimenti s pohranjenim metanom mogli bi postati dodatni izvori emisija u toplijoj klimi. Nedavno je također pokazano da bi povećane emisije metana iz močvara mogle potpuno neutralizirati njihov kapacitet hvatanja ugljika.
Metan također može utjecati na klimu kroz formiranje prizemnog ozona, koji je snažan staklenički plin s procijenjenim doprinosom globalnom zagrijavanju od 0,23°C u 2019. godini. Dodatno, prizemni ozon može doprinijeti klimatskim promjenama zbog svojih učinaka na ponore ugljika. Na primjer, štetni učinci ozona na vegetaciju mogu dovesti do smanjenog kopnenog ponora ugljika i stoga dodatno povećati stopu kojom ugljikov dioksid raste u atmosferi.
Utjecaj samih klimatskih promjena na buduće razine ozona u Europi značajan je. To je zato što je formiranje ozona pojačano tijekom toplih i oblacima nezaklonjenih uvjeta toplinskih valova. Klimatske promjene povećat će učestalost i intenzitet takvih događaja. Do sredine ovog stoljeća, povećanje ljetne dnevne maksimalne koncentracije ozona očekuje se u rasponu od 3 do 6 µg/m³ u kontinentalnoj Europi prema umjerenom/visokom scenariju zračenja.
Šesto izvješće o procjeni Međuvladinog panela Ujedinjenih naroda o klimatskim promjenama (IPCC) potvrđuje jasan utjecaj klimatskih promjena na razine ozona, posebno u Europi. Istovremeno, buduće klimatske promjene mogle bi također smanjiti epizode onečišćenja zraka čestičnom tvari, na primjer kroz manje česte zimske hladne valove. Kao rezultat, IPCC zaključuje da je smjer promjene onečišćenja zraka zbog klimatskih promjena neizvjestan. Također, prema Zajedničkom istraživačkom centru Europske komisije (JRC), međuodnos ozona, klimatskih promjena, ugljikovog dioksida i prilagodbe klimatskim promjenama vrlo je složen i još uvijek nije potpuno razumljiv.
Emisije i koncentracije metana u EU i globalno
Emisije metana
Metan se emitira iz prirodnih i antropogenih izvora. Prema Međunarodnoj agenciji za energiju (IEA), godišnje globalne emisije metana iznose oko 14,5 milijardi tona CO₂e. Oko 40% ovih emisija dolazi iz prirodnih izvora, a 60% od ljudskih aktivnosti.
Močvare su glavni prirodni izvor metana. U Europi, antropogene emisije metana iznosile su oko 410 milijuna tona CO₂e u 2022. godini, što odgovara smanjenju od oko 38% od 1990. godine. Poljoprivreda, otpad i energetski sektori najveći su izvori antropogenih emisija metana u Europi.
Emisije iz stočarstva
Poljoprivredni sektor najveći je emiter metana u Europi s oko 230 milijuna tona CO₂e emisija metana u 2022. godini. To čini oko 56% emisija metana u EU. Najveći izvor metana iz poljoprivrede je enterička fermentacija, tj. proces probave kod preživača (npr. krava i ovaca). Enterička fermentacija samo od goveda činila je 67% emisija metana iz sektora u EU u 2020. godini. Drugi veliki izvor je upravljanje stočnim gnojem. Enterička fermentacija i upravljanje gnojem zajedno su činili oko 98% emisija metana u poljoprivrednom sektoru u 2022. godini. Emisije metana iz poljoprivrednog sektora projicirano se smanjuju za 3% do 2050. godine.
Između 1990. i ranih 2000-ih, emisije metana iz poljoprivrednog sektora su se smanjile, ali od 2010. stagniraju. Emisije metana iz enteričke fermentacije kod mliječnih goveda značajno su se smanjile u EU između 1990. i 2010. (-27,9 Mt CO₂e) nakon čega je smanjenje bilo sporije. Međutim, emisije po litri mlijeka smanjile su se za 17% između 2000. i 2019. godine zbog promjena u praksama upravljanja mliječnim govedima, kao što je optimizacija prehrane stoke.
Osim manipulacije i dodavanja stočne hrane, emisije metana također se mogu smanjiti kroz optimizirano procesiranje gnoja, kao što je smanjenje temperature skladištenja. Još jedna praksa koja je doprinijela smanjenju emisija metana u poljoprivrednom sektoru je proizvodnja bioplina i biometana iz gnoja u anaerobnim digestorima, a zatim korištenje ovih proizvoda za proizvodnju topline i električne energije u energetskom sektoru. Uz promijenjene poljoprivredne prakse, druge potencijalne akcije mogu doprinijeti smanjenju emisija metana, uključujući promjene u prehrani, kao što je uravnotežena konzumacija mesa i mliječnih proizvoda, što također može podržati zdraviju prehranu.
Emisije iz sektora otpada
Sektor otpada drugi je najveći emiter metana u Europi, s približno 97 Mt CO₂e metana emitiranog u 2022. godini. Najveći doprinositelj emisijama metana u ovom sektoru je odlaganje krutog otpada (prvenstveno odlagališta), koje čini oko 80% emisija metana iz sektora. Na temelju projekcija država članica o emisijama stakleničkih plinova, emisije metana iz sektora otpada smanjit će se za 52% do 2050. godine.
Od 1990. godine, emisije metana iz odlaganja krutog otpada i obrade otpadnih voda smanjile su se zbog povećanog odvojenog prikupljanja, recikliranja i prethodne obrade otpada te preusmjeravanja otpada na biološku obradu i energetsku oporabu otpada. Emisije metana dodatno se smanjuju kroz poboljšano hvatanje i oporabu plina s odlagališta.
U EU, Okvirna direktiva o otpadu, Direktiva o odlagalištima te politike i akcije kružnog gospodarstva doprinijeli su smanjenju emisija metana iz sektora gospodarenja otpadom.
Predloženi ciljevi EU za sprječavanje bacanja hrane doprinijet će smanjenju jednog od glavnih uzroka emisija metana. Akcijski plan za biometan, pokrenut u svibnju 2022. godine kao dio plana REPowerEU, još je jedan stup akcija EU za smanjenje emisija metana. Strategija ima za cilj proširiti proizvodnju biometana promicanjem industrijskih partnerstava, ubrzavanjem ulaganja i smanjenjem troškova proizvodnje. Prema nedavnom izvješću, poboljšano prikupljanje biootpada ima neiskorišteni potencijal za proizvodnju 2-4 milijarde m³ biometana u EU.
Emisije iz energetskog sektora
Treći najveći emiter metana u Europi je energetski sektor s približno 65 Mt CO₂e emisija metana u 2022. godini. Fugitivne emisije iz rudarenja i rukovanja ugljenom čine 36% ovih emisija, dok operacije s prirodnim plinom i izgaranje biomase u stambenom sektoru čine 24% odnosno 14%. Emisije metana iz energetskog sektora projicirano se smanjuju za 8% do 2050. godine.
Nova Uredba EU o metanu stavlja dodatne obaveze na industriju fosilnog plina, nafte i ugljena u Europi za kontrolu njihovih emisija metana. Zabranjuje izbjegavanje i rutinsko spaljivanje, te smanjuje spaljivanje i ispuštanje na iznimne situacije kao što su hitni slučajevi ili tehnički kvarovi.
Smanjenje emisija stvara koristi u različitim sektorima
Politike usmjerene na smanjenje emisija metana u jednom sektoru mogu dodatno dovesti do smanjenih emisija u drugom sektoru. Na primjer, bioplin proizveden iz upravljanja gnojem u poljoprivredi može se koristiti za proizvodnju topline i električne energije u energetskom sektoru, gdje obnovljeni metan može zamijeniti dio uvoznog prirodnog plina. Stoga se procjenjuje da se gotovo 50% emisija metana iz energetskog sektora globalno može ublažiti uz negativne marginalne troškove. Mjere za povećanje održivosti prehrambenog sustava u Europi, koje uključuju tehnička rješenja kao i promjene u obrascima proizvodnje i potrošnje, također mogu dovesti do smanjenja emisija metana, nižih energetskih zahtjeva i smanjenog stvaranja otpada. Nadalje, smanjenje emisija metana kroz smanjenu potrošnju fosilnih goriva može doprinijeti poboljšanoj dugoročnoj energetskoj sigurnosti u Europi.
Međunarodni doprinos razinama metana i prizemnog ozona
Unatoč smanjenju emisija u Europi, koncentracija metana u atmosferi raste i sada je oko 1.925 ppb, što je više od dva i pol puta veće od predindustrijskih razina (722 ppb). Iako se povećana upotreba fosilnih goriva i emisije metana iz poljoprivrede, otpada i prirodnih močvara identificiraju kao faktori koji doprinose, stopa rasta atmosferskog metana ostaje predmet istraživanja. Atmosferska kemija metana je složena i uključuje i antropogene i prirodne izvore i ponore koji mogu djelovati jedni protiv drugih i na koje mogu utjecati vrijeme i klima.
Zbog globalnog transporta metana i interkontinentalnog transporta ozona, metan — zajedno s drugim prekursorima — trebao bi se razmatrati u kontekstu šireg interkontinentalnog pristupa za smanjenje pozadinskih koncentracija ozona u Europi. Kako globalne koncentracije metana rastu, očekuje se da će i njegova važnost kao prekursora ozona također rasti.
Potrebni globalni napori u ublažavanju metana prepoznati su u Globalnom obećanju o metanu (GMP), koje je kolektivno dobrovoljno obvezivanje na smanjenje globalnih antropogenih emisija metana u svim sektorima za najmanje 30% ispod razina iz 2020. godine do 2030. godine. Obećanje je pokrenuto na COP26 od strane EU i Sjedinjenih Država.
Razine prizemnog ozona u EU
Dugoročna evolucija koncentracija prizemnog ozona u Europi uglavnom je vođena trima faktorima: emisijama kratkotrajnih prekursora (NOₓ/VOC) iz Europe; doprinosom pozadine dugog dometa, uključujući neeuropske prekursore i metan; i godišnjim meteorološkim varijacijama.
Za razliku od drugih onečišćivača zraka, promatrane razine ozona ne slijede iste trendove kao i prijavljene emisije prekursora. Dok su se emisije NOₓ i VOC u Europi smanjile između 2005. i 2021. godine za oko 50% odnosno 30%, godišnja prosječna koncentracija ozona povećala se za 3% na pozadinskim postajama u 27 država članica EU (EU-27), a vršne vrijednosti ozona smanjile su se za 8%. Smanjenje emisija NOₓ, posebno na prometnim i urbanim postajama, uglavnom je odgovorno za povećanje godišnjih srednjih vrijednosti ozona zbog titracijskih učinaka na ozon.
Postizanje europskih standarda kvalitete zraka za prizemni ozon
Direktive o kvaliteti zraka okoline (2004/107/EZ i 2008/50/EZ) postavljaju standarde za zaštitu kako ljudskog zdravlja tako i vegetacije od onečišćenja zraka, uključujući i ciljne vrijednosti i dugoročne ciljeve za ozon. Novopregledana Direktiva EU o kvaliteti zraka okoline ima za cilj uskladiti standarde kvalitete zraka EU bliže najnovijim smjernicama WHO-a i postavlja nove standarde kvalitete zraka koje treba postići do 2030. godine. Također uključuje mjere za poboljšanje praćenja, modeliranja i upravljanja kvalitetom zraka.
Ova direktiva uskladila je dugoročni cilj za zaštitu ljudi s kratkotrajnom smjernicom WHO-a za ozon koju treba postići do 2050. godine. Također zahtijeva da se planovi kvalitete zraka uspostave kada su ove ciljne vrijednosti prekoračene kako bi se razdoblje prekoračenja održalo što kraćim. Ipak, izuzetak je dozvoljen ako se smatra da mjere imaju neproporcionalne troškove.
U ovoj direktivi, metan je uveden na popis relevantnih prekursora ozona koji se mogu pratiti na postajama za kvalitetu zraka jer također može biti relevantan regionalni ili lokalni prekursor u nekim područjima.
Za postizanje standarda kvalitete zraka za ozon u Europi, ključno je razumjeti formiranje ozona i implementirati odgovarajuće mjere za relevantne prekursore u svakoj zoni i regiji kvalitete zraka. Za to su potrebne daljnje studije na regionalnoj razini za bolje razumijevanje formiranja ozona. Studije bi posebno trebale identificirati specifičnu ulogu pojedinačnih VOC iz antropogenih i prirodnih izvora. To je također potrebno za razvoj boljih alata za modeliranje lokalnih koncentracija ozona.
Metan je kritičan za hemisferski doprinos ozonu, ali lokalni hlapivi organski spojevi (VOC) i dušikovi oksidi (NOₓ) igraju važnu ulogu tijekom epizoda ozona. Stoga je globalna akcija o metanu i drugim prekursorima ozona potrebna za dostizanje standarda kvalitete zraka za ozon.
Uloga ublažavanja metana u upravljanju kvalitetom zraka
Međuodnos prekursora ozona s različitim podrijetlima i različitim atmosferskim vremenima zadržavanja postavlja specifične izazove upravljanju kvalitetom zraka za ozon. Različiti VOC imaju značajno različite potencijale za proizvodnju ozona. Stoga je identifikacija relevantnih VOC na regionalnoj ili lokalnoj razini i poduzete mjere ključno za akcije s učinkovitim utjecajima na razine ozona.
Dok smanjenje razina NOₓ može smanjiti proizvodnju ozona, drugi izazov je da u nekim okolnostima može imati i suprotan učinak zbog ozonske titracije, što dovodi do povećanih razina ozona. To se tipično događa u ruralnim područjima s niskim razinama NOₓ. Konačno, korelacija između atmosferskog vremena zadržavanja i prostorne skale na kojoj se implementiraju strategije smanjenja emisija je ključna: dok ima smisla ciljati na točkaste izvore kratkoživućih VOC, dugoživući plinovi, kao što je metan, moraju se ciljati na koordinirani način na mnogo široj prostornoj skali.
Relativni utjecaj ublažavanja metana u usporedbi s drugim prekursorima ozona (NOₓ i NMVOC) procijenio je Europski program za praćenje i evaluaciju (EMEP) u okviru Revizije Protokola iz Gothenburga. Na temelju ovih projekcija, scenarij trenutnog zakonodavstva rezultirao bi samo manjim smanjenjem razina ozona do 2050. godine. To je zato što bi smanjenja emisija NOₓ i NMVOC bila neutralizirana povećanjem globalnih emisija metana. Suprotno tome, značajno smanjenje razina ozona projicirano je prema scenariju maksimalne izvedivosti. Ovaj scenarij temelji se na značajnim smanjenjima emisija metana, NOₓ i NMVOC istovremeno, kako u Europi tako i globalno. Iako bi ovaj scenarij doveo Europu bliže smjernicama WHO-a, razine ne bi bile dostignute do 2050. godine, djelomično zbog vremena zadržavanja metana.
Smanjenja emisija metana samo u Europi dovela bi samo do ograničenog smanjenja razina ozona u Europi. Prema scenariju trenutnog zakonodavstva, smrtnost povezana s izloženošću ozonu u regiji Ekonomske komisije Ujedinjenih naroda za Europu (UNECE) raste postojano od 2020. do 2050. godine, uglavnom zbog povećanog utjecaja emisija metana iz ostatka svijeta. Stoga su, za smanjenje razina ozona u Europi i globalno, potrebni međunarodni napori u ublažavanju metana. Potencijalne opcije politike i tehnička rješenja za ublažavanje emisija metana identificirani su u okviru Konvencije o zraku UNECE-a.
Nedavno izvješće JRC-a naglasilo je da je Europa odgovorna za oko 5% globalnih emisija metana, a opterećenje smrtnosti pripisano tim emisijama bilo je oko 10% globalnog zdravstvenog utjecaja povezanog s metanom. Stoga, iako se europski udio emisija čini ograničenim, Europa bi imala veće koristi od globalnog ublažavanja metana u usporedbi s drugim regijama zbog specifične gustoće stanovništva, dobne distribucije i većeg odgovora ozona na emisije metana.
SAVJETODAVNI PARTNER
