メタン排出量

メタン排出量の増加は、地球の大気中の温室効果ガス濃度の上昇に大きく寄与しており、近い将来の地球温暖化の最大3分の1の原因となっている。^{[ 1 ] [ 2 ]} 2019年には、世界中で放出されたメタンの約60%（3億6000万トン）が人間の活動によるもので、自然発生源からの寄与は約40%（2億3000万トン）であった。^{[ 3 ] [ 4 ]} 2024年には、世界中で6億1000万トンのメタンが放出され、そのほぼ3分の2が人間の活動によるものと推定されている。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}メタンを回収して利用することでメタン排出量を削減すると、環境と経済の両方で同時に利益が得られる。^{[ 1 ] [ 7 ]}

産業革命以降、大気中のメタン濃度は2倍以上に増加し、地球温暖化の約20%はメタンガスに起因するとされています。^{[ 8 ]}人為的排出量の約3分の1（33%）は、化石燃料の採掘と輸送中に放出されるガスによるもので、主に稼働中の化石燃料インフラと放置された油井からのガス放出とガス漏れによるものです。^{[ 9 ]} 2024年現在、米国は石油とガスからのメタン排出量で世界トップであり、中国は石炭からのメタン排出量でトップです。^{[ 10 ] [ 11 ]}国際エネルギー機関（IEA）は、放棄された炭鉱と石油・ガス井がメタン排出の重要な発生源となっていることを強調しています。これらの排出量を1つの国とみなした場合、イランの排出量を上回り、世界で4番目に多い排出量となります。IEAは、800万を超える放棄された陸上の石油・ガスサイトに対処するには約1,000億ドルかかると推定しています。^{[ 12 ]}  

畜産も同様に大きな発生源（30％）であり、主に牛や羊などの反芻動物による腸内発酵が原因です。2021年に発表されたグローバルメタン評価によると、家畜（牛を含む）からのメタン排出は、世界の農業排出量の中で最大の発生源です^{[ 13 ]} 。牛1頭は年間最大99kgのメタンガスを生成する可能性があります^{[ 14 ]} 。反芻動物は1日に250～500Lのメタンを生成する可能性があります^{[ 15 ] 。}  

人間の消費廃棄物の流れ、特に埋立地や廃水処理施設を通過するものは、3番目に大きなカテゴリー（18%）にまで成長しました。食料とバイオマス生産の両方を含む植物農業は4番目のグループ（15%）を構成し、米の生産が最大の単一貢献者となっています。^{[ 1 ] [ 16 ]}

世界の湿地は、メタンの持続的な自然発生源の約4分の3（75％）を占めています。^{[ 3 ] [ 4 ]}地表近くの炭化水素およびクラスレートハイドレート堆積物からの漏出、火山噴火、山火事、シロアリの放出が残りの大部分を占めています。^{[ 16 ]} 生き残った反芻動物の野生個体群からの寄与は、牛、人間、その他の家畜からの寄与に比べて圧倒的に少ないです。^{[ 17 ]}

エコノミスト誌は、メタン排出量の削減により、より困難な炭素排出量に取り組むための時間が確保できるため、メタン排出量目標を設定することを推奨した。^{[ 18 ] [ 19 ]}

排出量の増加と加速、およびそれに伴う大気中濃度

化石燃料、工業活動、農業活動からのメタン排出量は、産業革命以降増加している。^{[ 20 ]}

年々増加している傾向線は、1950年代以降、メタン排出量が継続的に増加していることを示している。^{[ 20 ]}

現在のメタン排出量の約60%は人為的なものであり、大気中のメタンガスの増加に寄与している。^{[ 21 ]}

大気中のメタン（CH₄ _）濃度は増加しており、2024年には1931ppbを超え、産業革命以前のレベルの2.6倍に達しました。^{[ 6 ]}メタン自体は、二酸化炭素（CO₂ _）に次ぐ直接的な放射強制力を引き起こします。^{[ 22 ]} 太陽光によって刺激された酸素化合物との相互作用により、CH₄_は、それ自体が強力な温暖化ガスである短寿命のオゾンと水蒸気の大気中濃度も増加させる可能性があります。大気研究者は、メタンの短期的な温暖化影響のこの増幅を間接的な放射強制力と呼んでいます。^{[ 23 ]}このような相互作用が発生すると、長寿命で効力の弱いCO₂_も生成されます。直接的および間接的な強制力の両方を含めると、大気中のメタンの増加は、短期的な地球温暖化の約3分の1の原因となっています。^{[ 1 ] [ 2 ]}

メタンは二酸化炭素と同じ質量よりもはるかに多くの熱を閉じ込めますが、10年後には放出されたCH4の半分以下しか大気中に残りません。二酸化炭素は、炭素隔離の速度に変化がないと仮定すると、平均してはるかに長い期間温暖化を引き起こします。_[ ^{24 ] [ 25 ]地球}温暖化係数（GWP）は、特定の期間における他のガスによる温暖化を二酸化炭素による温暖化と比較する方法です。メタンのGWP _{20は85であり、大気中に放出された1トンのCH4}は、20年間で1トンのCO2の約85倍の大気温暖化を引き起こすことを意味します。_[ 25 ] ^100年の時間スケールでは、メタンのGWP ₁₀₀は28～34の範囲です。

メタン排出量は、削減することで炭素排出量に取り組むための時間を稼げるため重要である。^{[ 26 ] [ 27 ]}

生物起源メタンは、メタン生成と呼ばれるプロセスで微生物によって活発に生成されます。特定の条件下では、炭素同位体の比率から、炭素年代測定に似た分析方法によって、サンプル中のメタン生成に関与するプロセス混合物を推測することができます。^{[ 29 ] [ 30 ]}

人為的

2024年現在メタン排出量は、一部の発生源からの排出量よりも不確実性が高いままです。これは、限られた地球規模の測定能力では捉えきれない局所的な排出量の急増が原因の一つです。メタン排出物が地球の対流圏全体に十分に混合されるまでに必要な時間は約 1 ～ 2 年です。^{[ 32 ]}

衛星データによると、2010年から2019年の間に増加したメタン排出量の80%以上は熱帯の陸域からの排出である。^{[ 33 ] [ 34 ]}

石油・ガス産業のメタン排出量、あるいは化石燃料の採掘、流通、使用による排出量は、考えられていたよりもはるかに大きいことを示す研究やデータが蓄積されている。^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]}

自然

自然発生源は常にメタン循環の一部であった。湿地からのメタン排出量は、農地や建築用地の排水により減少傾向にある。

メタン生成

メタンの生態系への排出の大部分は、温暖で湿潤な土壌や特定の動物の消化管内でメタンを生成するメタン生成菌に直接関係しています。メタン生成菌はメタンを生成する微生物です。エネルギーを生成するために、メタン生成と呼ばれる嫌気性プロセスを利用します。メタン生成菌は、たとえ微量の酸素が存在するだけでも代謝できないため、好気性プロセス（酸素を利用するプロセス）の代わりにこのプロセスが用いられます。メタン生成において酢酸が分解されると、メタンが周囲の環境に放出されます。

メタン生成（メタン生成の科学用語）は、他の酸化剤が不足しているため、主に嫌気性条件下で起こります。このような条件下では、古細菌と呼ばれる微生物が酢酸と水素を用いて、発酵と呼ばれる過程で必須資源を分解します。

酢酸分解性メタン生成― 特定の古細菌は、嫌気性発酵中に生成された酢酸を分解してメタンと二酸化炭素を生成する。

H ₃ C-COOH → CH ₄ + CO ₂

水素栄養性メタン生成– 古細菌が二酸化炭素を用いて水素を酸化し、メタンと水を生成する。

4H₂ + _CO₂ → _CH₄ + _2H₂O​​

アセトクラスト型メタン生成と水素栄養型メタン生成は、大気中のメタンの主要な発生源反応であるが、その他のマイナーな生物学的メタン発生源反応も存在する。例えば、酸素存在下で紫外線にさらされた葉の表面ワックスは、好気性メタン源であることが発見されている。 ^{[ 46 ]}

自然メタン循環

北半球では、ほとんどの発生源（自然発生源と人為発生源の両方）が陸上にあり、北半球の方が陸地面積が広いため、濃度が高くなっています。 ^{[ 47 ]}濃度は季節によって変動し、例えば、北半球の熱帯地域では、主にヒドロキシルラジカルによる除去のため、4月から5月にかけて最低値となります。^{[ 48 ]}

例えば、メタンを生成する植物は、夜間よりも日中に2～4倍ものメタンを放出することがあります。^{[ 49 ]}これは、植物が化学反応を起こすために太陽エネルギーに頼る傾向があることと直接関係しています。

湿地

懸念される湿地からの温室効果ガス排出は、主にメタンと亜酸化窒素の排出から成ります。湿地は世界最大の大気中のメタン発生源であり、そのため気候変動に関して大きな懸念事項となっています。^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]}湿地は土壌や植物からの排出を通じて大気中のメタンの約20～30%を占め、年間平均約161 Tgのメタンを大気中に放出しています。 ^{[ 53 ]}

湿地は、水浸しの土壌と、常に水が存在する環境に適応した独特な植物や動物の群集によって特徴づけられます。この高い水分飽和度は、メタン生成に適した条件を作り出します。メタン生成の大部分は、酸素の少ない環境で起こります。暖かく湿った環境に生息する微生物は、大気から拡散してくる酸素よりも速く酸素を消費するため、湿地は発酵とメタン生成菌の活動にとって理想的な嫌気性環境です。ただし、メタン生成のレベルは、酸素の利用可能性、土壌温度、土壌の組成によって変動します。有機物が豊富な土壌を持つ、より暖かく嫌気性の高い環境では、より効率的なメタン生成が可能になります。^{[ 54 ]}

湿地の中には、メタン排出の重要な発生源となっているものもある^{[ 55 ] [ 56 ]} 。また、亜酸化窒素を排出するものもある^{[ 57 ] [ 58 ]}。亜酸化窒素は、二酸化炭素の300倍の地球温暖化係数を持つ温室効果ガスであり、21世紀に排出されるオゾン層破壊物質の中で最も主要なものである^{[ 59 ]} 。湿地は温室効果ガスの吸収源としても機能する^{[ 60 ] 。}

湿地ではメタン生成率が高いため、植物はメタンが大気中に放出されるのを助けます。植物は逆さにした避雷針のように働き、ガスを土壌を通して大気中に導きます。また、植物自身もメタンを生成すると考えられていますが、植物がメタンを生成するには好気性条件を利用する必要があるため、そのプロセス自体はまだ特定されていません、と2014年のバイオ地球化学の記事は述べています。^{[ 61 ]}

1994年の北部湿地からのメタン排出に関する記事によると、1800年代以降、大気中のメタン濃度は年間約0.9%の割合で増加しているという。^{[ 49 ]}

IPCCの第6次評価報告書は、「産業革命以前の時代からの大気中の二酸化炭素（CO2）、メタン（CH4）、亜酸化窒素（N2O）の増加は、圧倒的に_人間の_活動によって_{引き起こされていることは疑いの余地がない」と述べている。} ^{[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]}大気中のメタンは、すべての長寿命で地球規模で混合された温室効果ガスからの全放射強制力（RF）の20%を占めている。

気候・大気浄化連合（CCAC）と国連環境計画（UNEP）による2021年の評価によると、世界のメタン排出量の50%以上は、化石燃料（35%）、廃棄物（20%）、農業（40%）における人間の活動に起因している。石油・ガス産業は23%、石炭採掘は12%を占める。世界の人為的排出量の20%は、埋立地と廃水に由来する。糞尿と腸内発酵は32%、稲作は8%を占める。^{[ 65 ]}

人間の活動の結果として大気中のメタンが最も明確に増加したことが確認されたのは、1700年代の産業革命の時期でした。20世紀には、主に化石燃料の使用により、大気中のメタン濃度は上昇し、1990年代には一時的に安定しましたが、^{[ 66 ]} 2007年に再び増加し始めました。2014年以降、増加は加速し、2017年には1,850 ppbに達しました。^{[ 67 ] [ 68 ]} 2020年から2024年にかけて増加は続き、2020年には1,875 ppb、2024年には1,931 ppbになりました。^{[ 6 ]}

現代の人間の活動によるメタン濃度の上昇は、工業活動、地下資源からの石油や天然ガスの採掘^{[ 69 ]}、パイプラインによる石油や天然ガスの輸送、化石燃料の人間による使用によって引き起こされる地球温暖化による北極圏の永久凍土の融解など、多くの特定の発生源から生じています。

天然ガスの主成分はメタンであり、天然ガスの「生産、処理、貯蔵、輸送、および流通」のすべての段階で大気中に放出される。^{[ 70 ]}

北極圏に貯蔵されたメタンの放出

北極からのメタン排出は、大気中のメタン濃度の上昇に寄与している。北極地域は温室効果ガスであるメタンの多くの自然発生源の1つであるが、現在では気候変動の影響により、人為的な要素も加わっている。^{[ 96 ]}北極では、人為的なメタンの主な発生源は、永久凍土の融解、北極海の海氷の融解、クラスレートの分解、グリーンランド氷床の融解である。メタンは強力な温室効果ガスであるため、このメタン放出は気候変動の正のフィードバック（温暖化を増幅させるもの）をもたらす。^{[ 97 ]}地球温暖化により永久凍土が融解すると、大量の有機物がメタン生成に利用可能になり、メタンとして放出される可能性がある。^{[ 98 ]}

2018 年頃から、大気中のメタンの世界的濃度は一貫して上昇しており、2020 年の増加は 15.06 ppbで、1991 年に記録された過去最高値 14.05 ppb を上回り、2021 年にはさらに大きな増加である 18.34 ppb を記録しました。^{[ 99 ]}しかし、現在、北極とこの最近の加速を結びつける証拠はありません。^{[ 100 ]}実際、2021 年の研究では、北極からのメタンの寄与は一般的に過大評価されており、熱帯地域の寄与は過小評価されていることが示されました。^{[ 101 ]}

それにもかかわらず、世界のメタン動向における北極の役割は、将来的に増加する可能性が非常に高いと考えられています。2004年以降、温暖化に関連してシベリアの永久凍土地域から大気中へのメタン排出量が増加しているという証拠があります。^{[ 102 ]}

_{2050年までにCO2}排出量を削減する（つまり、ネットゼロ排出量を達成する）だけでは、将来の北極海の夏の海氷の消失を阻止​​するにはおそらく不十分です。メタン排出量の削減も必要であり、これはさらに短い期間で実施する必要があります。^{[ 103 ]}このような削減活動は、石油・ガス、廃棄物、農業の 3つの主要セクターで実施する必要があります。利用可能な対策を使用すると、2030年までに年間約1億8000万トン、つまり現在の（2021年）排出量の約45%を世界的に削減できる可能性があります。^{[ 104 ]}

2017年10月に打ち上げられた欧州宇宙機関のSentinel-5P衛星に搭載された対流圏監視装置は、一般に公開されている中で最も詳細なメタン排出量監視データを提供している。解像度は約50平方キロメートルである。^{[ 113 ]}

メタンサットは、環境防衛基金がハーバード大学の研究者と提携して開発中で、1キロメートルという高解像度でメタン排出量を監視するものです。メタンサットは、50の主要な石油・ガス施設を監視するように設計されており、埋立地や農業の監視にも使用できます。オーダシャス・プロジェクト（TEDとゲイツ財団の共同プロジェクト）から資金提供を受けており、2024年にも打ち上げられる予定です。^{[ 114 ]}

2023年には、 GHGSatによってメタン排出量を監視するために12個の衛星が配備された。^{[ 115 ]}

いわゆる「スーパーエミッター」化石燃料の採掘^{[ 116 ]}や説明のつかない大気変動^{[ 117 ]}など、メタン排出量の不確実性は、地域規模と地球規模の両方で監視の改善が必要であることを示している。最近では、メタンやその他のより強力な温室効果ガスを解像度を向上させて測定できる衛星が運用を開始し始めている。^{[ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]}

欧州宇宙機関が2017年に打ち上げたSentinel-5に搭載されたTropomi ^{[ 121 ]}機器は、地球の対流圏におけるメタン、二酸化硫黄、二酸化窒素、一酸化炭素、エアロゾル、オゾンの濃度を数キロメートルの解像度で測定できます。^{[ 116 ] [ 122 ] [ 123 ]} 2022年には、この機器が世界中で大規模なメタン排出を監視しているデータを使用した研究が発表され、石油・ガス採掘現場上空で1,200の大規模なメタンプルームが検出されました。^{[ 124 ]} NASAのEMIT機器も超高排出源を特定しました。^{[ 125 ]} 2023年には、衛星によって検出された大規模なメタン排出イベントが2022年と比較して50%増加したことが観測されました。^{[ 115 ]}

2018年に打ち上げられた日本のGOSAT-2プラットフォームも同様の機能を備えている。^{[ 126 ]}

^{カナダのGHGSat社が2016年に打ち上げたクレア衛星は、Tropomiのデータを使用して、15 m 2}という小さなメタン排出源を特定します。^{[ 118 ]}

メタン測定の精度と頻度を高め、排出量を地上発生源に帰属させる能力を向上させるための他の衛星も計画されている。これらには、2022年に打ち上げ予定のMethaneSATやCarbonMapperなどが含まれる。

主要なメタン排出源を特定し監視するために衛星データを組み合わせたグローバルマップが作成されている。 ^{[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]}

国際メタン排出観測所は国連によって設立された。^{[ 130 ]}

気候変動を緩和するために、科学者たちは、メタンの濃度が上昇し続け、気候強制力の点で二酸化炭素に次いで2番目に大きくなっていることから、世界のメタンCH4収支の定量化に注力してきた。_[ ^{131 ]気候}変動緩和に向けた「現実的な道筋を評価する」ためには、大気中のメタンに関するさらなる理解が必要である。^{[ 131 ]}さまざまな研究グループが、メタン排出量について以下の値を示している。

中国は2010年に石炭火力発電所に対し、メタン排出物を回収するか、メタンをCO2に変換することを義務付ける規制を導入した。2019年1月に発表されたNature Communicationsの論文 によると、メタン排出量は2000年から2015年の間に50%増加した_。^{[ 136 ] [ 137 ]}

2020年3月、エクソンはメタン漏洩の検知と修復、未燃焼メタンの放出と排出の最小化、企業への報告義務などを含む、より厳格なメタン規制を求めた。^{[ 138 ]} しかし、2020年8月、米国環境保護庁は、米国の石油・ガス産業に対するメタン排出規制の以前の強化を撤回した。^{[ 139 ] [ 140 ]}

• 北極圏におけるメタン排出– 北極圏におけるメタンの放出 
• 気候変動に関するフィードバック – 気候変動に関するフィードバックリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ 
• 温室効果ガス排出量– 人間の活動から排出される温室効果ガス 
• 温室効果ガス観測衛星2号– 日本の地球観測衛星 
• グローバル・メタン・イニシアティブ– メタン排出量削減のための国際パートナーシップ 
• 漏洩ガス排出– 石油・天然ガス掘削および石炭採掘による汚染の一種 
• 国連食糧農業機関（FAO）の統計データベース – FAOSTAT（国際連合食糧農業機関）