Et lille antal utætte naturgasbrønde producerer store udledninger af drivhusgasser

Brønde, der udvinder naturgas fra undergrunden, lækker ofte store mængder metan, en kraftig drivhusgas, op i luften. Et hold af Princeton University-forskere har fundet ud af, at i en af ​​de største gasproducerende regioner, de fleste af disse emissioner kommer fra en lille delmængde af brøndene, en konstatering med stor betydning for, hvordan man kan kontrollere problemet.

Forskere ledet af Mark Zondlo, en lektor i civil- og miljøteknik, brugte to år på at prøve emissioner fra Marcellus-skiferen, et bassin, der strækker sig fra West Virginia til staten New York. I forskning offentliggjort i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi , forfatterne rapporterede, at 10 procent af brøndene tegner sig for mere end tre fjerdedele af gas lækket ud i atmosfæren som et biprodukt af udvinding. Det har den tilsvarende drivhusgaseffekt til at tilføje 500, 000 biler, eller omkring 2 procent af det amerikanske bilmarked, til vejen.

Dette fund, imidlertid, kan have en sølvbeklædning for at afbøde påvirkninger af miljøet, Zondlo sagde, fordi fastsættelse af et relativt lille antal af disse "superemitterende" brønde kan føre til en betydelig reduktion i emissioner. Han advarede om, at det ikke altid er let at identificere de mest utætte brønde, dels fordi brøndemissioner kan ændre sig over tid.

Forskerne sagde, at emissionerne kan skyldes en række forskellige praksisser, inklusive bevidst åbning af ventiler for at aflaste trykket ved brønde, eller fra ventiler, der utilsigtet sidder fast. Tidligere undersøgelser har set på små prøver af brønde i Texas og West Virginia og nået lignende konklusioner om virkningen af ​​"supermittere". Den nye forskning er den første til at se på operationer over det mest produktive skiferbassin i USA og repræsenterer det største samlede antal målte brønde.

Sammen med Zondlo, der er tidligere underdirektør for eksterne partnerskaber i Andlinger Center for Energi og Miljø, hovedforskere på holdet inkluderer Elie Bou-Zeid, professor i civil- og miljøteknik, og Jeffrey Fitts, tidligere forsker i Institut for Byggeri og Miljø og tidligere forsknings- og udviklingsstrateg ved Andlinger Centeret. Dana Caulton, en tidligere postdoktor i Zondlos laboratorium, ledede feltprøvetagningen.

Laserne, som Zondlo og holdet bruger i det mobile laboratorium, Princeton Atmospheric Chemistry Experiment, måle koncentrationen af ​​metan i luften ved at skyde en præcis bølgelængde af lys gennem luften og se, hvor meget lys der absorberes af luftens gasser, specielt af metan. Ved at bruge denne teknik, forskerne kunne se mængden af ​​metan i luften og beregne en emissionsrate knyttet til brønden.

Resultaterne viser en vej mod i sidste ende at begrænse kulstofforurening fra gasudvinding, sagde Zondlo. En bedre forståelse af, hvorfor og hvordan visse brønde lækker mere end andre kan informere "praktiske veje til afbødning, " han sagde.

Naturgas består hovedsageligt af metan, som er blandt de mest potente drivhusgasser og omkring 30 gange bedre i stand til at fange varme end kuldioxid, fremskynde den globale opvarmning. Naturgas er en vigtig del af brændstofblandingen i USA, står for omkring 35 procent af elproduktionen og opvarmer omkring 60 millioner amerikanske hjem hvert år. Selv i de mest effektive operationer, der forventes en vis lækage. Men Zondlo sagde, at de nye resultater viser muligheden for at reducere industriens miljøpåvirkning betydeligt.

I øjeblikket, gasselskaber leder typisk efter lækager ved hjælp af infrarøde billedkameraer, som identificerer lækagen ved at "se" metan, men denne teknologi er ikke følsom nok til at fange de fleste lækager, medmindre kameraet er næsten oven på selve lækagestedet. Infrarøde billedkameraer er derfor ikke gode undersøgelsesværktøjer til at screene et bredt websted, de giver heller ikke kvantitative data om, hvor meget metan der frigives.

På trods af at superemittere kan variere i tid, afhængigt af, om emissionerne kommer fra en engangsventil, der sidder fast eller et igangværende problem, såsom en utæt flange, Zondlo sagde, at den metodologi, som forskergruppen brugte, kunne hjælpe med at fange fordelingen af ​​emissioner over tid.

Zondlo vurderer, at brug af lasere kan øge overvågningsomkostningerne i starten, men han sagde, at gasselskaberne ville inddrive meget af det ved at inddrive tabt produkt. Hvis korrekt udstyret, servicekøretøjer, der arbejder på brøndene, kunne give en rute til effektivt at overvåge emissioner, når de kombineres med almindelige vindhastigheds- og retningsprognoser, han sagde.

"Hvis rutinemæssige servicekøretøjer var udstyret med metansensorer, den kunne markere brøndpuder, hvor metanniveauerne i høj grad oversteg tidligere besøg og identificere de mest problematiske, " sagde Zondlo.

Han sagde, at hans teknologi og mange andre lovende teknologier eksisterer, og nu er det et spørgsmål at skalere teknologierne og implementere dem i marken. De fleste af de lasere, der bruges i hans mobile laboratorium, er specialfremstillede og dyre at bygge, men Zondlo sagde, at han arbejder på at producere lasere med mere almindelige materialer, såsom LED'er.

Adam Brandt, lektor i energiressourceteknik ved Stanford University, som ikke er tilknyttet undersøgelsen, sagde forskningen "antyder, at at finde og reparere disse små antal 'supermittere' kunne være en omkostningseffektiv måde at drastisk reducere drivhusgasemissioner fra gasproduktion."

David Lyon, en videnskabsmand ved Environmental Defense Fund, der har arbejdet på tidligere metan-emissionsvurderinger, sagde "resultaterne fra denne undersøgelse forstærker det presserende behov for at reducere metanlækager fra Pennsylvanias eksisterende ukonventionelle gasbrønde - disse lækager repræsenterer $70 millioner i spildte naturgasressourcer og har en kortsigtet klimapåvirkning svarende til ni kulfyrede kraftværker ."

Det næste skridt for forskerne er at se, hvad disse superemittere har til fælles. Zondlo planlægger at studere brøndens karakteristika, såsom produktionshastighed, udstyrs alder og størrelse på operatøren for at se, hvornår og hvorfor steder bliver store emittere i håb om at informere afbødningsstrategier.