[일본] 해상 유정 및 가스 유정에서의 메탄 배출의 확인
일본 국립환경연구소에서는 선박에서 관측하여 말레이시아와 인도네시아 앞바다에서 높은 온실 효과를 가지는 가스인 메탄의 누출이 일어나고 있는 것을 확인했다. 앞으로 관측 기술이 더욱 발전하여 위성 관측과 항공기 관측 등과 결합하여 정량성이 높아져 해상 유정 및 가스 유정에서의 메탄 배출 대책이 적절하게 이루어지고 있는지 여부를 판단하는 좋은 지표가 될 것으로 기대된다.본 논문은 9월 30일자로 네이처 출판 그룹에서 발행한 오픈 억세스 저널 "Scientific Reports"에 게재되었다.
메탄은 이산화 탄소(CO2)에 이어 2번째로 큰 온실 효과를 가지는 가스로서 알려져 있다. 또한, 글로벌 대류권 오존의 농도를 유지하는 데도 기여하고 있으며, 직/간접적으로 기후 변화, 대기질에 관여하고 있다. 메탄의 대기 중 수명은 약 9년으로 온실 효과 가스 중에서는 짧아, 메탄 배출을 삭감하면 가까운 미래의 온난화를 억제·완화하는 효과가 크고, 최근에는 SLCP(Short-Lived Climate Pollutants, 단수명 기후 오염 물질)로 가까운 미래의 온난화 대책 측면에서 주목 받고 있다. 이들 SLCP의 배출 삭감은 CO2 대책까지 "시간 벌기"로 활용할 수 있다는 점에서 정책적으로도 중요한 의미를 지닌다. 또한, CO2 감축이 당장 시작됐다고 해도 그 효과는 바로 얻을 수 없다는 현실도 있어(미래 세대를 위한 온난화 억제에는 CO2 감축뿐만 아니라) 현역 세대를 위한 온난화 억제에는 SLCP 감소가 필수라고 생각되고 있다.
한편 대기 중 메탄 농도는 산업 혁명 이전의 농도 레벨인 700ppb에서부터 계속 늘고 있는데, 메탄의 장기 변화 추세의 요인은 충분히 해명되지 않아, 발생 원인 파악도 제대로 못하고 있는 상황에 있다. 메탄의 글로벌 배출량은 인위 기원과 자연적을 합쳐 연간 약 550Tg(테라 g)로 추정되며, 유정 및 가스 유정에서의 누설은 전세계 배출량의 10% 정도로 인위적 배출의 20% 저도를 차지한다. 최근에는 아마존과 동남아시아 등에서 지금까지 인식되지 않은 메탄 발생원의 존재가 발견되고 있어, 메탄의 발생원에 대한 이해가 아직 불충분한 것으로, 관측의 공백 지역인 아시아 지역의 메탄 관측이 필요하다고 지적되어 왔다.
메탄 등의 SLCP는 대기 중 수명이 짧기 때문에 농도 분포가 불균일하게 되기 쉬운 특성이 있고, 또한 발생원의 분포가 비균일하기 때문에 적절한 대책의 수립에 이바지하는 과학적인 지식을 얻으려면, 높은 공간 분해능으로 지역적, 세계적으로 균일한 관측을 실시하는 것이 필요하다. 그러나, SLCP의 농도 분포 및 변동 요인의 파악, 관련된 전구 물질의 발생원 분포에 관한 지식은 단편적이었다. 특히, 해양에서의 배출원은 파악하기 힘들고, 현재 널리 이루어지고 있는 지상 관측소에서의 모니터링에서는 검출할 수 없었다.
그래서 국립 환경 연구소는 가고시마 선박(주) 및 토요후지 해운(주)의 협력을 얻어 공해상의 청정 대기를 관측할 수 있는 일본-오세아니아 항로와 아시아 연안 지역의 지역적 오염 대기를 관측할 수 있는 일본-동남 아시아 항로에서 SLCP의 장기 관측을 실시하고 있다. 두 가지 특징적인 선박 관측의 대비에 의해 동아시아 지역에서의 배출량을 파악하는 것을 목적으로 하고 있다.
해당 선박의 관측실에 레이저광을 이용한 새로운 고속 분석법인 캐비티 링 다운 분광기(Cavity Ring-down Spectroscopy, CRDS)를 설치하고, 이산화 탄소, 메탄 등의 연속 관측을 여러 차례에 걸쳐 실시했다. 그 데이터를 이용해 배출량을 추산하고 기존의 인벤토리 및 위성 관측과 비교·해석했다.
그림 1에 동남 아시아 지역의 메탄 위도 분포를 나타냈다. 동남 아시아 지역에서 현저한 메탄의 농도 증가(피크)가 많이 관측되었다. 시간은 짧지만 메탄 농도의 증가량은 매우 크고 발생원이 가깝다는 것이 시사되었다. 또한, 이들의 피크가 관측된 곳은 말레이 반도의 동쪽 연안과 보르네오 북서 해안의 2개 지역에 집중하고 있었다.
관측된 메탄 배출원을 밝히기 위해 미국 해양 대기청에 의한 미국 공군 방어 기상 위성 프로젝트 Operational Linescan System(DMSP/OLS) 센서에서 관측된 night-light의 데이터를 조사한 결과, 유정·가스 유정 유래의 가스 연소(가스 플레어)에 핫 스폿이 존재하는 것을 알 수 있었다. 또한, 핫 스팟의 대부분은 정기 화물선에서 관측된 메탄 피크의 부근에 위치하고 있었다(그림 2).
메탄은 가스 플레어나 벤트(배기), 리크(누출), 증발, 비산 등 CO2와 함께 유정 및 가스 유정에서 배출되기 때문에, 관측된 메탄 농도 증가는 이 해역에서의 해상 유정·가스 유정에서 배출된다는 것이 시사되었다. 또한 DMSP/OLS에서 관측된 유정 및 가스 유정의 분포를 EDGAR(Emission Database for Global Atmospheric Research)v.4.2 인벤토리와 비교한 결과, 말레이 반도 동쪽 해안에서 분포에 차이가 보이면서 분포의 추정에 큰 불확실성이 나타났다.
다음에 이들 관측 결과를 이용하여 메탄의 배출량을 추정했는데, 동남 아시아에 있어서의 해상 유정 및 가스 유정에서의 방출은 0.1(오차 범위:0.02-0.32)Tg/yr이며, 동남 아시아 전체의 인위적 발생원의 0.2%를 차지하는 것을 알았다. 오차 범위는 메탄과 CO2의 비율에는 큰 폭이 있었음을 반영했고, 유정·가스정 배출에는 다양한 생산 프로세스가 관여하여 변화하고 있는 것을 알았다.
동남 아시아뿐만 아니라, 북해, 페르시아만, 기니만, 멕시코만 등도 포함해 해상 유정 및 가스 유정의 배출량을 글로벌 하게 추산하면 1-2 Tg/yr로, 산림 화재와 영구 동토 등의 발생원과 같은 정도임이 확인되었다. 유정·가스정에서 유래한 메탄의 배출량은 2010년부터 2020년까지 35% 가까이 증가할 것으로 추측되고 있어, 향후 해상 유정 및 가스 유정의 메탄 배출량을 더욱 정확히 파악하고 모델이나 평가에 이용되는 메탄 배출 인벤토리를 개선하기 위해 추가적인 관측적 지식이 필요하다고 생각된다.
[발표 논문]
Hideki Nara, Hiroshi Tanimoto, Yasunori Tohjima, Hitoshi Mukai, Yukihiro Nojiri, Toshinobu Machida, Emissions of methane from offshore oil and gas platforms in Southeast Asia., Sci. Rep., 4, 6503; DOI:10.1038/srep06503 (2014).
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 10월 29일]
[원문출처]
洋上油井・ガス井からのメタン排出の確認：
温暖化対策に有効な観測手法に向けて
メタンは、二酸化炭素（CO2）に次いで２番目に大きい温室効果を持つガスとして知られています。また、グローバルな対流圏オゾンの濃度を維持するのにも寄与しており、直接的・間接的に気候変動や大気質に関与しています。メタンの大気中寿命は約９年と温室効果ガスの中では短く、メタンの排出を削減できれば近未来の温暖化を抑制・緩和する効果が大きく、近年ではSLCP
（用語説明）（Short-Lived Climate Pollutants, 短寿命気候汚染物質）として近未来の温暖化対策の面から注目されています。これらSLCPの排出削減は、CO
2対策までの「時間稼ぎ」ができる点で政策的にも重要な意味を持ちます。また、仮にCO
2削減を今すぐ始められたとしても、その効果はすぐには得られない現実もあるため、（将来世代のための温暖化抑止にはCO
2削減に加えて）現役世代のための温暖化抑止にはSLCP削減が必須と考えられています。
一方、大気中のメタン濃度は産業革命以前の濃度レベルの700 ppbから増え続けていますが、メタンの長期変化傾向の要因は十分に解明できておらず、発生源の把握も十分にできていない状況にあります。メタンのグローバルな排出量は、人為起源と自然起源をあわせて年間約550 Tg（テラグラム）と推定されており、油井・ガス井からの漏えいは世界中の排出の1割程度、人為起源排出の２割程度を占めます。近年では、アマゾンや南アジアなどで、これまで認識されていないメタンの発生源の存在が見つかっており、メタンの発生源についての理解がまだ不十分であること、観測の空白域であるアジア地域におけるメタン観測が必要であることが指摘されてきました。
メタンなどのSLCPは大気中寿命が短いために濃度分布が不均一になりやすい特徴があり、また発生源の分布も非一様であるため、適切な対策の策定に資する科学的な知見を得るには、高い空間分解能で、かつ地域的・世界的に均一な観測を行うことが必要です。しかしながら、SLCPの濃度分布や変動要因の把握、関連する前駆物質の発生源の分布に関する知見は断片的でした。特に、海洋上の排出源は把握することが困難で、現在広く行われている地上観測所におけるモニタリングからは検出できませんでした。
そこで国立環境研究所では、鹿児島船舶（株）ならびにトヨフジ海運（株）の協力を得て、外洋における清浄大気を観測できる日本－オセアニア航路と、アジア沿海域における地域的汚染大気を観測できる日本－東南アジア航路においてSLCPの長期観測を行っています。二つの特徴的な船舶観測の対比により、東アジア地域からの排出量を把握することを目的としています。
当該船舶の観測室に、レーザー光を利用した新しい高速分析法であるキャビティリングダウン分光法(Cavity Ring-down Spectroscopy, CRDS)を設置し、二酸化炭素、メタンなどの連続観測を複数回にわたって行いました。そのデータを用いて排出量を推計し、既存のインベントリや衛星観測と比較・解析しました。
図１に、東南アジア地域におけるメタンの緯度分布を示します。東南アジア地域において顕著なメタンの濃度増大（ピーク）が多く観測されました。時間は短いもののメタン濃度の増加量は非常に大きく、発生源が近いことを示唆していました。また、これらのピークが観測された場所は、マレー半島の東沿岸部とボルネオ北西沿岸部の2つのエリアに集中していました。
観測されたメタンの排出源を明らかにするため、米国海洋大気庁による米国空軍防御気象衛星プロジェクト・Operational Linescan System（DMSP/OLS）センサーで観測された夜間光（night-light）のデータを調べたところ、油井・ガス井由来のガス燃焼（ガスフレア）のホットスポットが存在することが分かりました。また、ホットスポットの多くは、定期貨物船で観測されたメタンピークの近傍に位置していました（図２）。
メタンはガスフレアやベント（排気）、リーク（漏れ）、蒸発・飛散といった漏えい排出物として、CO2とともに油井・ガス井から排出されることから、観測されたメタンの濃度増大はこの海域における洋上油井・ガス井からの排出であったことが示唆されました。また、DMSP/OLSで観測された油井・ガス井の分布をEDGAR（Emission Database for Global Atmospheric Research）v.4.2インベントリと比較したところ、マレー半島の東沿岸部での分布に違いが見られたことから、分布の推計に大きな不確実性があることが分かりました。
次に、これらの観測結果を用いてメタンの排出量を推定したところ、東南アジアにおける洋上油井・ガス井における排出は0.1 (誤差範囲：0.02-0.32) Tg/yr であり、東南アジア全体の人為起源発生源の0.2%を占めることが分かりました。誤差範囲はメタンとCO2の比には大きな幅があったことを反映しており、油井・ガス井からの排出にはさまざまな生産プロセスが関与して変化していることが分かりました。
東南アジアだけでなく、北海、ペルシャ湾、ギニア湾、メキシコ湾なども含めて洋上油井・ガス井からの排出量をグローバルに推計すると1-2 Tg/yrとなり、森林火災や永久凍土などの発生源と同程度であることが確認されました。油井・ガス井に由来するメタンの排出量は、2010年から2020年にかけて35%近くも増加すると推測されており、今後、洋上の油井・ガス井からのメタンの排出量をより正確に把握し、モデルやアセスメントに用いられるメタンの排出インベントリを改良するために、さらなる観測的知見が必要であると考えられます。
本研究における新しい高時間分解能観測により、マレーシアやインドネシアの沖合で油井・ガス井からのメタン排出が明瞭に観測され、ある程度のメタン漏出が起こっていることを実際に確認しました。油井・ガス井からの漏出は世界のメタン排出の1割程度を占めることが分かっており、当該地域におけるメタン排出源の存在と推計された排出量は想定の範囲内です。従って、未知の排出源を発見したわけではありません。また、我々の推計にはまだ誤差が大きいことに留意する必要があります。
メタン排出源には人為的・計画的な排出抑制が難しく、総排出量の約半分を占める自然発生源（湿地やシロアリなど）も多い一方、対照的に油井・ガス井からの排出は人為的対策が可能であり、その排出抑制は大きな温暖化対策効果を有すると考えられます。今後、我々の観測手法のさらなる展開、および、衛星観測や航空機観測等とのマッチングで推計の定量性が上がれば、当該地域のメタン漏出が一般的な技術による程度のものなのか、あるいは、対策技術の高い先進国の油井・ガス井より漏出が多いかどうかを知ることができ、適切な排出抑制対策が行われているかどうかを判断する良い指標になると考えられます。また、日本が提唱した新たな温暖化対策の枠組みであるＪＣＭ
（用語説明）（Joint Crediting Mechanism, 二国間クレジット）の有効な活用対象になりうると思われます。
なお、本研究は地球温暖化研究プログラム PJ1「温室効果ガス等の濃度変動特性の解明とその将来予測に関する研究」および東アジア広域環境研究プログラム PJ1「観測とモデルの統合によるマルチスケール大気汚染の解明と評価」の一環として実施されました。また、環境省の地球環境保全等試験研究費（地球一括計上）「アジア・オセアニア域における長寿命・短寿命気候影響物質の包括的長期観測」の支援を受けました。
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