Kasvihuonekaasut – Metaanin tunnistaminen ja uudelleenkäyttö

Kasvihuonekaasut ovat äärimmäisen tärkeitä, jotta planeettamme olisi asuttavissa. Kuitenkin näiden lämmön sitovien kaasujen korkea pitoisuus nostaa maapallon pinnan lämpötilaa merkittävästi, mikä johtaa ilmaston lämpenemiseen ja ilmastonmuutokseen.

Vaikka hiilidioksidi on tärkein ihmisen aiheuttama kasvihuonekaasu, metaani (CH4) on paljon voimakkaampi. Tämä suhteellisen lyhytikäinen kaasu sitoo kahdenkymmenen vuoden aikana 80‑kerran enemmän lämpöä kuin CO2. YK:n ympäristöohjelman mukaan metaani on vastuussa noin 30 % ilmastonmuutoksesta teollistumisen jälkeisestä ajasta lähtien.

Tämä toiseksi yleisin kasvihuonekaasu on luonnonkaasun ja biokaasun pääkomponentti.

Metaani on väritöntä, hajutonta ja erittäin syttyvää. Luonnollista metaania esiintyy maan alla, ja suurin lähde on kosteikot. Sitä löytyy myös merenpohjasta, Etelänavan jääkerroksen alapuolelta ja valtameristä. Kaasua syntyy myös tulivuorista sekä kasvien ja eläinten hajoamisesta.

Merkittävä tekijä metaanin vapautumisessa ympäristöön on ihmisen toiminnot, kuten kaatopaikat, maatalous, karja, lantaat, hiilikaivokset sekä öljy‑ ja kaasuntuotanto.

Kun metaani vapautuu ilmaan, se reagoi vaarallisilla tavoilla. Se ei ainoastaan vapauta hiilidioksidia hapettumisen kautta, vaan edistää myös otsonin muodostumista. Näin se heikentää ilman laatua, aiheuttaen ennenaikaisia kuolemia, satojen heikentymistä ja terveysongelmia eläimissä.

Ihmisillä tämä voimakas kasvihuonekaasu voi aiheuttaa astmaa, sydän‑ ja verisuonitauteja sekä lisääntynyttä aivohalvauksen riskiä. Metaanimyrkytys voi puolestaan johtaa tukehtumiseen.

Korkeat metaanipitoisuudet voivat aiheuttaa myös muistin heikkenemistä, puhehäiriöitä, pahoinvointia, ihon punoitusta, päänsärkyä, oksentelua, mielialan vaihteluita ja näköongelmia. Nestemäisen metaanin paineen alainen kosketus voi aiheuttaa paleltumia.

Metaanin haitallisten vaikutusten vuoksi on alettu kiinnittää enemmän huomiota sen tarkempaan mittaamiseen ja drastiseen metaanipäästöjen vähentämiseen ilmaston pahimpien vaikutusten estämiseksi.

Metaanipäästöt lantauksesta ovat paljon suuremmat

Maatilan karja on merkittävä metaanipäästöjen lähde maataloudessa. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) -arvioiden mukaan se vastaa 12 %–14,5 % kaikista ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä.

Kansalliset kasvihuonekaasupäästöjen inventaarioiden mukaan eläinten ruoansulatusjärjestelmästä (enterinen fermentaatio) syntyvät päästöt ovat kolme‑seitsemän kertaa suuremmat kuin lantauksen hallinnasta, kuten lannan ja lannankasvun varastoinnista ja levittämisestä. Kuitenkin näiden kahden lähteen päästöt voivat olla lähellä 50 % : 50‑suhdetta.

Uuden tutkimuksen mukaan kuitenkin maidontilojen lannan varastointien todelliset metaanipäästöt voivat olla jopa viisi kertaa suuremmat kuin viralliset tilastot osoittavat.

Tutkimus, jonka on toteuttanut University of East Anglia (UEA) yhdessä voittoa tavoittelemattoman International Fugitive Emissions Abatement Association (IFEAA) -yhdistyksen kanssa, perustuu kahden Englannin maidontilan laskelmiin.

Tutkimus viittaa siihen, että maatilojen “Tier 2” -laskelmat, joita maat käyttävät vuosittain IPCC:lle raportoitaessa, eivät ole riittäviä, minkä vuoksi päästöjä aliarvioidaan.

Slurry‑laguunien päästömittaukset analysoitiin vuosina 2022‑2023. Metaanin keräämiseksi laguunit peitettiin tiiviisti suljetuilla kansilla, mikä osoitti, että ne tuottavat huomattavasti enemmän CH4‑päästöjä kuin aiemmin oletettiin.

Tulosten mukaan todellinen päästö oli 145 kg per lehmä vuodessa yhdessä tilassa ja 198 kg per lehmä vuodessa toisessa tilassa. Tämä on 3,8‑5,2‑kertaisesti enemmän kuin Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisen inventaarion virallinen luku 38 kg per lehmä.

Vaikka kansainvälinen standardimenetelmä aliarvioi slurryn varastoinnin metaanipäästöjä, tutkimus toteaa, että nykyään meillä on teknologia, joka voi “muuttaa tämän ongelman liiketoimintamahdollisuudeksi”. Metaanin voi helposti kerätä ja käyttää fossiilisen polttoaineen korvaajana, mikä luo “lisäansaintavirran tiloille”.

Korostamalla valtavaa potentiaalia muuttaa metaani uusiutuvaksi energialähteeksi, professori Neil Ward Tyndall Climate Change Research -keskukselta UEA:ssa totesi, että metaanin käyttö polttoaineena voi auttaa viljelijöitä pienentämään energiakustannuksia ja saavuttamaan energiariippumattomuuden.

Metaanin kerääminen ja sen muuntaminen biokaasuksi voisi säästää keskikokoiselta maitotilalta noin £52 500 polttoainekustannuksissa. Yhteensä tämä säästö voisi olla yli £400 miljoonaa maitosektorille.

Nykyinen teknologia pystyy kaappaamaan kaasun, ja sen käyttö koko EU:n maitotiloilla voisi vähentää päästöjä arviolta 5,8 % globaalin lämpenemisen rajoittamisen 1,5 °C‑tavoitteeseen, tutkimuksen mukaan.

Merkittävä lantauksen hallinnan päästöjen aliarviointi tarkoittaa, että ei ainoastaan ole tarkkoja arvioita, vaan myös päästöjen vähentämisen prioriteetit voivat olla vääristyneitä.

“Tämä tutkimus edustaa siis kiireellistä kehotusta toimintaan ja lisätutkimuksiin metaanipäästöjen ymmärtämiseksi lantauksen hallinnasta.”

– Prof. Ward

Tutkimus suosittelee hallitusta nostamaan tukia slurrylaguunien kansien sekä niihin liittyvien kaasunkäsittelylaitteiden hankintaan, sekä tarjoamaan verohelpotuksia toimitusketjun investoinneille metaanin talteenottoon ja käyttöön, ja tekemään suunnittelu‑ ja lupaprosessista yksinkertaisemman.

“Teknologia on olemassa metaanin kaappaamiseen, prosessointiin ja hyödyntämiseen, mikä tällä hetkellä pääsee ilmakehään ja lisää kasvihuonekaasujen kertymistä, ja se näyttää taloudellisesti lupaavalta erityisesti, jos maatalouden pääomainvestoinneille voidaan luoda kannustinjärjestelmä, jota tukevat sääntelytoimet.”

– Prof. Penny Atkins, IFEAA:n toimitusjohtaja

Metaanipäästöjen vähentäminen on sen jälkeen, George Eusticen, IFEAA:n puheenjohtajan ja entisen Ympäristö‑, elintarvike‑ ja maatalousministerin, mukaan, “keskeistä kohti Net Zero -tavoitetta”. Koska metaani on voimakas mutta lyhytikäinen kasvihuonekaasu, sen päästöjen vähentäminen auttaa myös rajoittamaan globaalin lämpötilan nousua 1,5 °C:een.

Tutkimus päätyi siihen, että maidontilojen lantauksen hallinnan yhteinen CH4‑osuus on merkittävä, ja että on suuri hyöty toimia nopeasti päästöjen rajoittamiseksi.

LNG:n hiilijalanjälki on myös paljon suurempi

Uusi Cornellin tutkimus puolestaan osoittaa, että nesteytetyn maakaasun (LNG) hiilijalanjälki on paljon huonompi, 33 % suurempi kuin hiilen, kun sen prosessointi ja kuljetuskin otetaan huomioon.

LNG:n louhinnan, prosessoinnin, kuljetuksen ja varastoinnin aikana vapautuu CH4‑ ja CO2‑kaasuja, ja nämä päästöt muodostavat noin puolet sen kokonaiskasvihuonekaasujalanjäljestä.

Kun tarkastellaan eri kasvihuonekaasujen ilmakehään kohdistuvaa vaikutusta, havaitaan, että LNG:n hiilijalanjälki on kahden vuosikymmenen aikana kolmasosa suurempi kuin hiilen. Jo vuosisadan aikavälillä LNG:n hiilijalanjälki on yhtä suuri tai edelleen suurempi kuin hiilen.

Sekä liuskekaasu että maakaasu ovat ilmaston kannalta huonoja, tutkijan Robert Howarthin mukaan, mutta LNG on “huonompi”. Vaikka LNG valmistetaan liuskekaasusta, prosessi vaatii superkylmää (‑260 °F) nesteytystä ja suurten tankerien käyttöä markkinoille kuljettamiseen, mikä kuluttaa energiaa.

Tämä kuljetustapa aiheuttaa ympäristökustannuksia. Modernit tankkerit, joissa on kaksitahti- tai nelitahtimoottorit, tuottavat vähemmän CO2‑päästöjä kuin höyryvoimalla kulkevat alukset, ja ne polttavat LNG:tä varastoinnin ja kuljetuksen aikana, jolloin CH4‑kaasu pääsee pakokaasuihin.

Höyryvoimalla kulkevat tankkerit puolestaan eivät vapauta juuri lainkaan metaania pakokaasuissaan. Tämä voi osittain tasapainottaa niiden korkeampia CO2‑päästöjä.

Tankkerien metaanipäästöt vaihtelevat tutkimuksen mukaan 3,9 %–8,1 % aluksen tyypistä riippuen. Maakaasun nesteytysprosessissa tämä luku lähestyy 8,8 % kokonaispäästöistä, kun käytetään ilmaston lämpenemispotentiaalia.

Tutkimuksen mukaan tankkerin tyyppi vaikuttaa melko vähän LNG:n kasvihuonekaasujalanjälkeen, koska ne ovat polttoainetehokkaampia ja siten tuottavat vähemmän CO2‑päästöjä, mutta enemmän metaanivuotoja pakokaasuissa.

Kun tarkastellaan tankkerin nopeuden vaikutusta päästöihin, kirjoittaja toteaa, että hitaammat nopeudet johtavat huomattavasti parempaan tehokkuuteen, mikä vähentää sekä CO2‑ että CH4‑päästöjä. Tutkimus totesi:

“Kuitenkin tankkerien päästöt ovat vain pieni osa LNG:n kokonaispäästöistä.”

Yhdysvaltojen vientinä LNG:n hiilijalanjäljen suurin osatekijä on liuskekaasun ylä- ja väli‑vaiheen päästöt.

CO2‑päästöt LNG:n loppukäytön polttamisesta muodostavat vain 34 % LNG:n kokonaiskasvihuonekaasujalanjäljestä, kun taas ylä‑ ja väli‑vaiheen metaanipäästöt vastaavat 38 % kokonaispäästöistä. Kun mukaan lasketaan LNG:n tuotantoon käytetyn energian CO2‑päästöt, ylä‑ ja väli‑vaiheen päästöt muodostavat keskimäärin 47 % LNG:n kokonaiskasvihuonekaasujalanjäljestä. Howarthin mukaan:

“Lähes kaikki metaanipäästöt tapahtuvat ylä‑vaiheessa, kun liuskekaasua louhitaan ja nesteytetään. Tämä kaikki korostuu pelkästään LNG:n markkinoille saattamiseksi.”

Tämä tarkoittaa, että nesteytetty maakaasu “aina” aiheuttaa suuremman ilmastovaikutuksen kuin maakaasu, ja sen vuoksi “on merkittävästi huonompi kuin kivihiili”.

Tutkimuksen mukaan nämä havainnot vaikuttavat Yhdysvaltojen LNG‑tuotantoon, joka on tällä hetkellä maailman suurin LNG‑viejä. Vaikka maa kielsi LNG:n viennin, se perui kiellon vuonna 2016, ja sen jälkeen viennit ovat nousseet dramaattisesti. Vuonna 2023 Yhdysvallat vastasi 21 % kaikesta maailman LNG‑kuljetuksesta, ja presidentti Biden asetti vain äskettäin moratoriota näille kasvaville vienneille.

Lähes kaikki Yhdysvaltojen viimeisen vuosikymmenen maakaasuntuotannon kasvu on peräisin liuskekaasusta. Liuskekaasun tuotanto yhdessä nesteytyksen kanssa LNG:n valmistamiseksi ja sen myöhempi kuljetus on energiaintensiivistä, mikä vaikuttaa merkittävästi sen kasvihuonekaasujalanjälkeen.

Siispä, vaikka hallitukset ympäri maailmaa vaativat nopeaa siirtymistä pois fossiilisista polttoaineista, mukaan lukien maakaasu, osana globaalia ilmastopolitiikkaa, nesteytetyn maakaasun hiilijalanjälki on paljon suurempi kuin maakaasun. Howarth totesi: “LNG:n käytön lopettaminen tulisi olla globaali prioriteetti.”

Sen vuoksi siirtyminen kivihiilestä LNG:hen ei ole oikea ratkaisu, Howarthin mukaan, koska se vaatii massiivisia infrastruktuurikustannuksia. Hän suosittelee rahoituksen kohdistamista fossiilisista polttoaineista vapaan tulevaisuuden rakentamiseen mahdollisimman nopeasti, mikä on paljon parempi lähestymistapa.

Vahva vaihtoehto: Metaanikaasun käyttö BTC‑louhinnassa

Kun Bitcoin‑louhinta kohtaa kritiikkiä energiatehokkuutensa vuoksi, metaanikaasun muuntaminen eläinjätteestä energiaksi tarjoaa innovatiivisen ja ennakoivan lähestymistavan kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen.

Tämä BTC‑louhinnan ja metaanin talteenoton yhdistelmä mahdollistaa näiden päästöjen muuttamisen arvokkaaksi resurssiksi huipputeknologian käyttöön sen sijaan, että ne lisäisivät ilmaston lämpenemistä.

Koska Bitcoin‑louhijat voivat toimia käytännössä missä tahansa maailmassa, tämä avaa mahdollisuuksia jopa syrjäisimmille, kaukaisimmille ja vähäisesti huomioiduille kaatopaikoille. Kaatopaikat ovat merkittävä metaanin lähde. Yhdysvalloissa ne ovat kolmanneksi suurin ihmisen aiheuttama metaanin lähde.

Bitcoin‑louhintayritykset voivat kaapata kaatopaikkajätteestä syntyvän metaanin ja muuntaa sen sähköksi, joka syöttää louhintalaitteita, jolloin kaikki tämä jäte muuttuu arvokkaaksi resurssiksi.

Toinen tapa Bitcoin‑louhijoille on perustaa louhintatoimintaa lähellä öljykenttiä, joissa metaani poltetaan usein pois infrastruktuurin puutteen vuoksi. Kaappaamalla tämä kaasu voidaan vähentää jätettä ja saastumista.

Tällainen projekti tarjoaa muita etuja, kuten metaanin suoran rahaksi muuttamisen paikan päällä ilman kalliita investointeja, mikä mahdollistaa nopean käyttöönoton ja tulonhankinnan. Vähäisillä investoinneilla Bitcoin‑louhijat voivat lisäksi saada käyttöönsä edullisia uusiutuvan energian lähteitä ja vähentää riippuvuuttaan paikallisista sähköverkoista samalla kun muuttavat haitallisen kaasun energiaksi.

Tällä tavoin Bitcoin voi edistää siirtymistä puhtaampiin ja kestävämpiin energialähteisiin. Samalla Bitcoin‑louhijat voivat toimia kestävästi, mikä asettaa verkon potentiaaliseksi ympäristölliseksi hyödyksi.

Chainergy on yritys, joka on aktiivisesti työskennellyt metaanikaasun muuntamiseksi energiaksi Bitcoin‑louhintaa varten. Tämä siirto antoi yritykselle myös kilpailukykyisen sähkön hinnan ja vahvisti sen asemaa energiamarkkinoilla.

Crusoe Energy Systems on toinen yritys, joka kaappaa jätelähteistä syntyvää metaania öljy‑ ja kaasutoiminnasta ja käyttää sitä Bitcoin‑louhintakeskusten energiana. Vuonna 2021 ExxonMobil (XOM ) solmi kumppanuuden Crusoe’n kanssa käyttääksensä ylimääräistä kaasua yhdestä öljykentästään Bitcoin‑louhintaan.

#1. Mara Digital Holdings (MARA )

Tämä Bitcoin‑louhintayritys on tutkinut kestäviä ja verkosta riippumattomia energiaratkaisuja, ja sen vuoksi se on tehnyt yhteistyötä eri energian tarjoajien kanssa. Yksi tällainen aloite on kokeilla metaanikaasun käyttöä kaatopaikoista yrityksen toiminnan energianlähteenä.

Lokakuussa 2023 se ilmoitti kumppanuudesta Nodal Poweriin, joka kehittää ja operoi uusiutuvan energian kohteita, lanseeraamaan BTC‑louhintaprojektinsa Utahissa. Tämä 280 kW:n pilottihanke toimii kokonaan kaatopaikkametaanilla ja on jo täysin operatiivinen. Marathonin toimitusjohtaja Fred Thiel totesi silloin:

“Marathonissa etsimme jatkuvasti innovatiivisia tapoja monipuolistaa toimintaamme, alentaa energian kustannuksia ja hyödyntää Bitcoin‑louhinnan ainutlaatuisia ominaisuuksia parantaaksemme toimintaympäristöämme.”

Kaappamalla kaatopaikoista vapautuva CH4‑kaasu ja muuntamalla se sähköksi yrityksen Bitcoin‑louhijoille, Thiel totesi, että Marathon on “ainutlaatuisesti asemoitu auttamaan tämän haitallisen kaasun muuttamisessa puhtaaksi, uusiutuvaksi energialähteeksi”.

Yrityksen osakkeet (MARA: NASDAQ) kaupankäynnissä ovat tällä hetkellä $16, 31,93 % alhaisemmat vuoden alusta (YTD) verrattuna Bitcoinin 61,4 % arvonnousuun samana ajanjaksona, kun osakekurssi on lähellä $62,300. Markkina‑arvo on $4,70 miljardia, Mara:n EPS (TTM) on 1,73, P/E‑luku 9,22 ja ROE (TTM) 26,26 %.

Viime viikolla yksi maailman suurimmista julkisesti noteeratuista Bitcoin‑louhijoista julkaisi tarkistamattomat päivitykset syyskuulta, jolloin se nosti energisoitua hash‑nopeutta 36,9 EH/s, 5 %:lla edellisestä kuukaudesta. Yritys odottaa saavansa 50 EH/s vuoden loppuun mennessä. Samaan aikaan BTC‑tuotanto nousi 5 %:lla 705 BTC:hen.

“Olemme ylpeitä siitä, että olemme ylittäneet maratonin arvosta Bitcoin‑HODL:ia syyskuussa ja meillä on tällä hetkellä lähes 27 000 BTC taseessamme.”

– Toimitusjohtaja Fred Thiel

Mara on myös toimittanut ilmastoraportointiprojektille (CDP) ilmoituksen, jossa se tukee “sitoutumistaan ympäristön läpinäkyvyyteen ja yritysvastuuseen”.

Johtopäätös

Ilmastonmuutos on yhä painavampi haaste, kun globaalin keskilämpötilan nousu on 0,175 °C per vuosikymmen. Merkittävä tekijä tähän lämmön nousuun on metaani (CH4), joka aiheuttaa huomattavasti enemmän lämpenemistä kuin CO2.

Vaikka metaanipäästöjen vähentäminen karjantuotannosta on nähty vaikeana ongelmana, kuten raportoimme, sillä voi olla suuri ja nopea vaikutus lämmön nousun hillitsemiseen sekä taloudellisia mahdollisuuksia fossiilisten polttoaineiden korvaajana. Lisäksi metaanin muuntaminen eläinjätteestä energiaksi BTC‑louhintaa varten edustaa vielä yhtä ainutlaatuista ja kannattavaa ratkaisua, joka vastaa Bitcoin‑louhinnan energiatehokkuusongelmaa samalla kun kaikki jäte muutetaan taloudelliseksi arvoksi. Nämä toimet voivat tehokkaasti raivata tietä kestävälle tulevaisuudelle.