为什么捕获甲烷如此困难

石油和天然气设施很快将因释放甲烷而被收费，但捕获这种强效温室气体的技术仍然相对较新且未经测试

避免气候变化的最坏影响可能需要从工业排放流和大气中去除甲烷——但研究人员至今仍受阻于如何捕获这种强效的地球变暖气体。

与二氧化碳的数百年相比，甲烷在大气中仅持续十年或二十年。但它捕获的热量是二氧化碳的 80 倍，有助于推动近期变暖，并可能启动一个反馈循环，从而从自然来源释放更多气体。

麻省理工学院土木与环境工程教授 Desirée Plata 说，一种从空气中去除甲烷的技术可以在相对较近的未来显着改变全球变暖的速度。

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Plata 在一次采访中说：“大多数人认为甲烷会自行消失，但这种想法的问题在于，尽管甲烷在大气中的含量较少，但在未来十年内，它造成的破坏将与二氧化碳相当。”

联邦政策制定者主要关注碳捕获的需求，以将全球变暖限制在 2 摄氏度以下，同时减少化石燃料排放。《通货膨胀削减法案》中的激励措施进一步鼓励了计划项目的蓬勃发展，以从空气和工业排放物中去除二氧化碳。

甲烷去除领域远远落后。公司可以防止甲烷排放发生，或者使用厌氧“消化器”来减少有机废物中的气体——但研究人员仍在努力解决一旦排放后如何去除甲烷的问题。

与此同时，全球石油和天然气项目每年继续泄漏约 70 兆吨甲烷，相当于燃烧近 200 万磅煤炭。

很快，在美国，《通货膨胀削减法案》首次对甲烷排放定价后，美国设施将为每公吨释放的甲烷付费。

甲烷从石油和天然气项目、牲畜，甚至垃圾填埋场中随着废物分解而排放出来。

但是，随着地球变暖，甲烷也可能从自然来源逸出。斯坦福大学研究人员 2021 年的一项研究发现，历史温室气体排放已经启动了自然反馈循环，可能导致永久冻土和其他来源大量释放甲烷。

研究人员总结说，甲烷去除“可能需要抵消持续的甲烷释放，并限制这种强效温室气体对全球变暖的贡献。”

但是，甲烷在大气中的丰度比二氧化碳低 200 倍——这种稀缺性使得去除甲烷成为一项技术挑战。

能源部高级研究计划署-能源部“每年减少甲烷排放”计划主任 Jack Lewnard 说，捕获甲烷将需要处理大量空气，这可能需要难以置信的大量能源。与二氧化碳相比，甲烷也更难转化为固体或液体形式。

Lewnard 在一次采访中说：“你可以从空气中捕获二氧化碳，也可以从烟道气中捕获二氧化碳，因为它具有允许你对其进行‘挂钩’的化学结构，但甲烷分子不具备——因此捕获甲烷非常非常困难。”

Lewnard 说，因此，大多数甲烷去除技术都侧重于氧化温室气体，而不是将其从空气中“钩”出来。

例如，称为沸石的多孔矿物质将甲烷捕获在它们的微观孔隙中，氧化气体并将其释放为二氧化碳。

麻省理工学院教授 Plata 说，沸石的潜力被忽视了几十年，因为它们不能有效地将甲烷转化为具有明显商业应用价值的化学品，例如甲醇。

Plata 说，但这些矿物质能有效地将甲烷转化为二氧化碳，从而降低了这种气体对全球变暖的影响。她说，二氧化碳也可以转化为乙醇，乙醇有一个成熟的市场。

Plata 领导着一个团队，该团队正在致力于将沸石矿物小球纳入反应室，该反应室可部署在化石燃料和农业领域。Plata 说，该装置在甲烷浓度相对较高的煤矿中可能特别有效。

其他研究人员正在开发利用生物体代谢的甲烷捕获技术。

一些细菌产生氧化甲烷的酶，捕获温室气体并使其发生化学反应。研究人员希望建造可以容纳这些细菌的生物反应器，在排放源附近氧化甲烷。

宾夕法尼亚州立大学工程学院化学工程教授 Thomas Wood 在一次采访中说，这种生物反应器可以在能源生产点（包括水力压裂点）捕获甲烷。

一些水力压裂点目前在甲烷进入大气之前将其捕获并运输到炼油厂，在那里将其转化为甲醇，一种可用于制造各种工业化学品的液态醇。但这种解决方案受到了环保组织的批评，因为在运输过程中可能会释放出大量的甲烷。

Wood 说，细菌生物反应器将消除从水力压裂或其他排放点运输捕获的甲烷的风险和费用，因为它会在现场将温室气体转化为有用的化学品。

Wood 的研究团队此前已证明，其工程细菌可以将甲烷转化为醋酸盐（一种工业化学品）和聚乳酸盐（可用于制造可生物降解的聚合物）。

石油和天然气行业是最大的甲烷排放源之一，使其成为成功甲烷捕获技术的潜在客户。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的材料科学家 Samantha Ruelas 说，但甲烷氧化技术需要达到工业规模才能有效部署。Ruelas 在一个研究团队工作，该团队正在建造用于甲烷氧化的细菌生物反应器。

Ruelas 在接受采访时谈到石油和天然气公司时说：“我们确实需要确保我们的技术能够满足他们的生产需求。”“因此，如果他们产生过多的甲烷而我们的细胞无法跟上，这可能会成为一个问题。”

Ruelas 说，更好的甲烷传感技术也将有助于使甲烷破坏性生物反应器成为石油和天然气公司的有效解决方案。

她说，当技术被输入甲烷浓度相对较高的气体流时，效果最佳。理想情况下，设施应该能够查明特定的排放源——例如管道泄漏——并在该地点“连接”一个反应器。

斯坦福大学研究报告的作者 Sam Abernethy 说，这种部署方法在经济上也很有意义。Abernethy 是该大学的应用物理学博士候选人，也是其 Doerr 可持续发展学院的研究助理。

他说，氧化甲烷的成本在很大程度上取决于空气中甲烷的浓度。石油和天然气生产场所的甲烷浓度较高，可能特别适合氧化技术。