En livscyklusløsning til påvirkning af fossilt brændstof

Pennsylvania energihistorie er rig på de mængder fossile brændstoffer, den har produceret, men er også fyldt med de miljømæssige arv fra kulminedrift og, for nylig, hydrofrakturering. Vand, der finder vej til forladte kulminer, der er spredt gennem Commonwealth, dukker op igen som syredræn (AMD), mens ferskvand, der bruges til at bryde eller "frack" olie- og naturgasaflejringer, genopstår som "produceret" vand, der er forurenet med salte, metaller, og radioaktivt materiale.

Afhjælpning af både AMD og produceret vand er en dyr proces, og føderal lov forbyder bortskaffelse af produceret vand på kommunale vandrensningsanlæg. Imidlertid, forskning fra University of Pittsburgh Swanson School of Engineering, udgivet for nylig i Miljøvidenskab og teknologi , fandt ud af, at sambehandling af de to væsker ikke kun løser to miljøproblemer på én gang, men også reducere miljøpåvirkningen af ​​begge ældre affald.

Leanne Gilbertson, adjunkt i civil- og miljøteknik, er hovedforsker af forskningen, "Livscykluspåvirkning og fordele ved en produceret vand- og forladt minedrænningsbehandlingsproces" (DOI:10.1021/acs.est.8b03773). Artiklen, forfattet af kandidatstuderende Yan Wang, inkorporerer relateret forskning af hendes Swanson School -kolleger, Radisav Vidic, William Kepler Whiteford -professor og afdelingsformand for civil- og miljøteknik, og lektor Vikas Khanna.

"Denne undersøgelse er det serendipitøse resultat af tre forskellige forskere, der har fundet et fælles tema for at forene samarbejdet. Radisavs gruppe udviklede metoden til co-behandling af AMD og produceret vand, og han er en førende forsker inden for produceret vandbehandling via membrandestillation, mens Vikas gruppe fokuserer på komplekse systemanalyser, "Dr. Gilbertson forklarede." Min ekspertise inden for livscyklusvurdering bringer et nyt perspektiv til disse industrier og en måde at kvantificere miljø- og menneskers sundhedsmæssige konsekvenser af alternative tilgange til at udnytte disse to spildevand. "

Dr. Gilbertson og hendes gruppe fokuserede på en fem amtsregion i det sydvestlige Pennsylvania påvirket af både AMD og hydrofrakturering - Allegheny, Fayette, Greene, Washington, og Westmoreland amter. Forskningen målrettede tre kritiske, gensidige aspekter af sanering-sambehandling af produceret vand og AMD, transport af vand til og fra mine- og borepladser, og undgå AMD -udledning til miljøet. Dr. Gilbertsons LCA fandt ud af, at co-behandling af AMD og produceret vand er gavnligt, fordi, mens den kemiske sammensætning af hver væske varierer fra sted til sted, de to biprodukter deler modsatte mængder af barium og sulfater, som, når det kombineres, kan fjernes via nedbør. Den resulterende væske kan derefter bruges til at erstatte ferskvand i fremtidige fracking -operationer, mens den barit, der fremstilles ved denne proces, kan bruges til boreoperationer.

Dr. Gilbertson bemærkede, at dette resultat er vigtigt, fordi det skaber værdi af to betydelige affaldsprodukter og udelukker miljøpåvirkninger af AMD. "Mens den kombinerede producerede vandmængde fra fracking er 4, 450 kubikmeter om dagen, der er svimlende 281, 000 kubikmeter forældreløs AMD produceret dagligt i regionen. At begrænse de to via sambehandling ville resultere i reduceret brug af ferskvand og blive en netto miljøfordel. "

Men selv med den potentielle positive indvirkning af co-behandling, transport af væskerne mellem minedrift og boresteder kan skabe en betydelig, negativ afvejning. Det vil være en balance mellem den foreslåede og nuværende håndtering af produceret vand, som hans ofte transporterede betydelige afstande til behandling, eller ude af staten til bortskaffelse via store lastbiler, der logger flere hundrede tusinde miles om året.

For at minimere disse betydelige virkninger, som ikke kun omfatter brændstofforbrug, men også vejtøj og lastbiludstødning, Dr. Khanna og hans ph.d. studerende, Sakineh Tavakoli, udviklet en model til at identificere de optimale placeringer for sambehandlingssteder mellem AMD og gasbrønde i fem-amtsregionen. Selvom omkostninger forbundet med optimeret sambehandling kan være højere end brug af ferskvand, miljøfordelene kan være betydelige. En anden potentiel mulighed, der i øjeblikket piloteres af Dr. Vidic og Khanna er et mobilt membrandestillationssystem, der ville blive drevet af spildvarme genereret under boring til behandling af produceret vand på stedet.

Og selvom optimeringsmodellen blev udviklet ved hjælp af minedrift og gasbrøndsteder i fem-amtsregionen, forskerne bemærker, at denne tilgang kan anvendes på andre områder i Pennsylvania, og i hele USA ved hjælp af lignende data. Wang tilføjede, at det nye ved denne forskning er, at gruppen forsøgte at kvantificere fordelene ved ikke at frigive AMD til økosystemer og miljøet.

"Dette er" kreditter "til systemet, som du ikke nødvendigvis ville tænke på. F.eks. ved at bruge AMD som en fracking væske, vi reducerer i høj grad mængden af ​​ferskvand, der ville gå til spilde. Tilsvarende ved at optimere transportruter og udvikle mobile behandlingssteder, vi reducerer miljøpåvirkningen af ​​langdistancetransport betydeligt, "Sagde fru Wang." Vigtigst af alt, ved at bruge AMD som en ressource, vi hjælper med at afbøde et ældre affald fra miljøet, der derefter forbedrer indsatsen. Kort sagt, kaskadeeffekten af ​​co-behandling af disse to affaldsstoffer kan være en nettofordel for Pennsylvania. "