Hvordan er luftkvaliteten blevet påvirket af det amerikanske fracking-boom?

Byens luftforurening i USA har været faldende næsten kontinuerligt siden 1970'erne.

Føderale regler, især Clean Air Act vedtaget af præsident Nixon, at reducere giftige luftforurenende stoffer såsom benzen, et kulbrinte, og ozon, en stærk oxidant, effektivt sænket deres overflod i den omgivende luft med konstant fremgang.

Men for omkring 10 år siden, billedet af luftforurenende stoffer i USA begyndte at ændre sig. "Fracking-boomet" i flere forskellige dele af nationen førte til en ny kilde til kulbrinter til atmosfæren, påvirker overflod af både giftig benzen og ozon, herunder i områder, der ikke tidligere var meget påvirket af sådan luftforurening.

Som resultat, i de senere år har der været en stigning i forskning for at bestemme omfanget af emissioner fra fraktede olie- og gasbrønde – kaldet "ukonventionelle" kilder i industrien. Mens megen diskussion har omgivet metan-emissioner, en drivhusgas, mindre opmærksomhed er blevet rettet mod luftgifte.

Opstrøms emissioner

Fracking er et begreb, der kan vække stærke følelser blandt sine modstandere og fortalere. Det er faktisk en kombination af teknikker, herunder hydraulisk frakturering, som har gjort det muligt for borere at trække kulbrinter fra klippeformationer, som engang ikke var rentable at tappe.

Borere knuser lag af skifersten med højtryksvand, sand og kemikalier for at starte strømmen af ​​kulbrinter fra en brønd. Selve den hydrauliske frakturering, bortset fra den store efterspørgsel efter vand, er muligvis det mindst miljøbelastende trin langs hele den operationelle kæde af boring efter kulbrinter. Formodentlig, de mere relevante miljøeffekter er spildevandshåndtering og bortskaffelse, samt frigivelse af dampe fra olie- og gaslagring og distribution.

Produktionen, distribution og brug af kulbrinter har altid ført til nogle emissioner til luften, enten direkte via (tilsigtede eller utilsigtede) lækager, eller under ufuldstændig forbrænding af brændstoffer. Imidlertid, gennem reguleringer og teknologisk innovation, vi har reduceret denne kilde dramatisk i de sidste 30 år, cirka med en faktor 10.

Alligevel, overalt hvor der produceres kulbrinter, raffineret eller opbevaret, der vil være nogle emissioner af forurenende stoffer. I frackingens tidsalder, de store operationer på konventionelle brøndsteder er blevet erstattet af hundredvis af brøndpuder, der spreder landskabet. Hver kræver transport af vand, kemikalier og udstyr til og fra disse puder samt fjernelse af spildevand, og ingen er reguleret som enhver større facilitet ville være.

Som resultat, ukonventionel produktion har ikke kun øget lastbiltrafikken og relaterede emissioner i skiferområder, men også etableret en fornyet kilde til kulbrinter. De kommer ind i atmosfæren fra utætheder ved ventiler, rør, separatorer og kompressorer, eller gennem udstødningsventiler på tanke. Sammen med emissioner af nitrogenoxider, hovedsagelig fra dieselmotorer i lastbiler, kompressorer og borerigge, disse kulbrinter kan danne betydelige mængder af skadelige, jordnær ozon i dagtimerne.

Måleudfordringer

I 2011 et papir argumenterede for, at metan-emissioner fra ukonventionelle kilder sammenlignet med konventionel olie- og gasefterforskning blev væsentligt undervurderet. Forskere begyndte for alvor at undersøge kulbrinte-emissioner fra fracking-operationer. Og således har en betydelig mængde litteratur udviklet sig siden 2013, hvoraf meget fokuserer på metan-emissioner, hovedbestanddelen af ​​naturgas og en potent drivhusgas.

EPA holder styr på metan-emissioner i sin drivhusgasopgørelse, men tallene er baseret på estimater udviklet i 1980'erne og 1990'erne og er kompileret gennem beregninger og selvrapportering af industrien.

Faktisk, både satellit- og atmosfæriske målinger tyder på, at EPA-estimaterne kan undervurdere den virkelige verden metan-emissioner med op til en faktor to. Og hvis dette er sandt for metan, co-emitterede kulbrintegasser er sandsynligvis også undervurderet.

Ozondannelse

Som i mange sådanne tilfælde, nuancer findes.

Luftbårne målinger fra NOAA tyder på, at EPA's methanestimat kan være gældende for ældre, modne skiferområder med hovedsagelig naturgasproduktion. Men det er ikke tilfældet i yngre skiferområder, der også producerer store mængder olie sammen med naturgas, såsom Bakken i North Dakota. Emissionerne fra netop Bakken kan være så store, at de er ansvarlige for omkring halvdelen af ​​den fornyede stigning i atmosfærisk ethan på den nordlige halvkugle siden begyndelsen af ​​fracking-boomet.

Tilsvarende vores egne undersøgelser af Eagle Ford-skiferen i det sydlige centrale Texas tyder på, at kulbrinte-emissionerne er højere end i øjeblikket anslået. Dette øger potentialet for regional ozondannelse, da disse kulbrinter oxideres i atmosfæren i nærvær af nitrogenoxider. Og da Ozon National Ambient Air Quality Standard for nylig blev sænket til 70 ppm, med ozon i San Antonio i modvind af Eagle Ford, der nærmer sig den gamle tærskel på 75 ppb, indvirkningen af ​​skiferkulbrinte-emissioner er ikke triviel.

San Antonios ozonproblemer er ikke enestående. I nogle områder, årtier lange fremskridt med hensyn til ozonluftkvalitet er gået i stå; i andre, især Uintah-bassinet i Utah, et nyt ozonproblem er opstået på grund af fracking-industriens emissioner.

Benzen

Bortset fra effekter på ozontendenser, stigningen i kulbrinte-emissioner har også ført til genopblussen af ​​en luftgiftig, der menes at være en historie fra fortiden i USA:benzen. I modsætning til ozon, som overvåges bredt, benzen er ikke. Imidlertid, da det er et kendt kræftfremkaldende stof, det har længe været på tilsynsmyndighedernes radar.

Rutinemæssigt målt over 1 del per milliard i byområder i 1970'erne og 80'erne, koncentrationen af ​​benzen i byerne er faldet 5-10 procent om året, svarende til andre luftforurenende stoffer, gennem de sidste 20 til 30 år. Årlige gennemsnitlige benzenniveauer er nu under 1,5 dele pr. milliard på over 90 procent af steder, der overvåger benzen regelmæssigt, men få sådanne overvågningsstationer er i eller nær skiferområder.

Høje niveauer af benzen i skiferområder, såsom nærbrøndpuder i Barnett-skiferen i Texas, blev registreret tidligt i fracking-boomet, men få kontinuerlige luftovervågningsdata er tilgængelige den dag i dag, med stort set ingen data før fracking-boomet til sammenligning.

Mens benzen generelt overvåges under niveauer, som Texas Commission on Environmental Quality (TCEQ) ville være bekymret over, det er ved at blive klart, at niveauerne må være steget i landdistrikterne i skiferområder.

Vores fingeraftryksanalyse af 2015-data fra den nyeste luftmonitor i Karnes City, Texas, i midten af ​​Eagle Ford-skiferen, tyder på, at mindre end 40 procent af benzen stadig er relateret til udstødningsemissioner, dens tidligere dominerende emissionskilde. I stedet, over 60 procent er nu knyttet til forskellige olie- og gasefterforskningsaktiviteter, herunder gasafbrændingsemissioner.

Undersøgelser fra Colorado og Texas viser, at forhøjede niveauer af benzen i skiferområder er klart korreleret med andre kulbrintegasser, der udledes fra olie- og gasefterforskning.

Sundhedspåvirkninger

Mens ozon fordeles relativt ensartet i en region, primære emissioner af benzen og andre ikke-methankulbrinter vil være i højere koncentrationer i luften ved siden af ​​kilder. Derfor, der henviser til, at de fleste målestationer for ozon er ret repræsentative for et større område, overvågning af benzen langt fra dets dominerende kilder i skiferområder giver ikke et repræsentativt billede.

Risikoen for mennesker, der bor i skiferområder, er forhøjet af deres nærhed til brøndpuder. Igangværende sundhedsforskning har afsløret, at visse mindre sundhedsmæssige effekter såsom bihulebetændelse, migræne og træthed, men også indlæggelsesrater og visse fødselsdefekter, er identificerbart forbundet med et områdes brøndtæthed eller et hjems afstand til olie- og gasbrønde som en proxy for eksponering, berettiger mere detaljeret forskning.

Afslutningsvis, skiferboomet har skabt en ny kilde til storskala, diffuse kulbrinteemissioner, der negativt påvirker lufttoksiske niveauer. Selvom effekterne er subtile, de skete i områder generelt uden overvågning af luftforurening, gør estimater af tendenser vanskelige.

I mange tilfælde, disse forurenende stoffer kan reduceres ved fornuftige emissionsreduktionsforanstaltninger, og nogle virksomheder sætter eller planlægger at indføre god praksis. Alligevel, fortsat vækst i fracking-industrien samt planer om at fjerne reglerne om metan-emissioner vil ikke afhjælpe høje kulbrinte-emissioner og tilhørende regionale ozonproblemer.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.