Naturgassens usikre rolle i overgangen til ren energi

En ny MIT-undersøgelse undersøger naturgassens modsatrettede roller i kampen mod klimaændringer - som en bro mod en fremtid med lavere emissioner, men også bidragyder til udledning af drivhusgasser.

Naturgas, som for det meste er metan, betragtes som et væsentligt "brobrændstof" til at hjælpe verden med at bevæge sig væk fra drivhusgasemissionerne fra fossile brændstoffer, da afbrænding af naturgas til elektricitet producerer omkring halvt så meget kuldioxid som afbrænding af kul. Men metan er i sig selv en potent drivhusgas, og det lækker i øjeblikket fra produktionsbrønde, lagertanke, rørledninger, og byfordelingsrør til naturgas. Øger brugen, som en strategi for dekarbonisering af elforsyningen, vil også øge potentialet for sådanne "flygtige" metanemissioner, selvom der er stor usikkerhed om, hvor meget man kan forvente. Nylige undersøgelser har dokumenteret vanskeligheden ved selv at måle nutidens emissionsniveauer.

Denne usikkerhed bidrager til vanskeligheden ved at vurdere naturgassens rolle som bro til et netto-nul-kulstofenergisystem, og ved, hvornår man skal gå væk fra det. Men nu skal der træffes strategiske valg om, hvorvidt der skal investeres i naturgasinfrastruktur. Dette inspirerede MIT-forskere til at kvantificere tidslinjer for oprydning af naturgasinfrastruktur i USA eller fremskynde et skift væk fra det, samtidig med at man anerkender usikkerheden om flygtige metan-emissioner.

Undersøgelsen viser, at for at naturgas skal være en vigtig del af nationens indsats for at opfylde drivhusgasreduktionsmål i løbet af det kommende årti, de nuværende metoder til at kontrollere metanlækage vil skulle forbedres med alt fra 30 til 90 procent. I betragtning af de nuværende vanskeligheder med at overvåge metan, at opnå disse reduktionsniveauer kan være en udfordring. Metan er en værdifuld vare, og derfor virksomheder, der producerer, opbevaring, og distribution af det har allerede et vist incitament til at minimere tabene. Imidlertid, på trods af dette, selv bevidst udluftning og afbrænding af naturgas (udsender kuldioxid) fortsætter.

Undersøgelsen finder også politikker, der favoriserer at flytte direkte til kulstoffrie strømkilder, såsom vind, sol, og nukleare, kunne opfylde emissionsmålene uden at kræve sådanne forbedringer i lækagebegrænsning, selvom naturgasforbruget stadig ville være en væsentlig del af energimixet.

Forskerne sammenlignede flere forskellige scenarier for at begrænse metan fra elproduktionssystemet for at nå et mål for 2030 om en reduktion på 32 procent i kuldioxidækvivalente emissioner i forhold til 2005-niveauer, hvilket er i overensstemmelse med tidligere amerikanske forpligtelser til at afbøde klimaændringer. Resultaterne vises i dag i tidsskriftet Environmental Research Letters, i et papir af MIT postdoc Magdalena Klemun og lektor Jessika Trancik.

Metan er en meget stærkere drivhusgas end kuldioxid, selvom hvor meget mere afhænger af den tidsramme du vælger at se på. Selvom metan fanger varmen meget mere, det varer ikke så længe, ​​når det først er i atmosfæren – i årtier, ikke århundreder. I gennemsnit over en 100-årig tidslinje, som er den mest anvendte sammenligning, metan er cirka 25 gange stærkere end kuldioxid. Men i gennemsnit over en 20-årig periode, den er 86 gange stærkere.

De faktiske lækagehastigheder forbundet med brugen af ​​metan er vidt fordelt, meget varierende, og meget svær at fastlægge. Ved hjælp af tal fra forskellige kilder, forskerne fandt, at det samlede interval var et sted mellem 1,5 procent og 4,9 procent af mængden af ​​produceret og distribueret gas. Noget af dette sker lige ved brøndene, nogle forekommer under forarbejdning og fra lagertanke, og nogle er fra distributionssystemet. Dermed, en række forskellige slags overvågningssystemer og afbødende foranstaltninger kan være nødvendige for at imødegå de forskellige forhold.

"Fugitive emissioner kan undslippe hele vejen fra det sted, hvor naturgas udvindes og produceres, hele vejen frem til slutbrugeren, " siger Trancik. "Det er svært og dyrt at overvåge det undervejs."

Det er i sig selv en udfordring. "En vigtig ting at huske på, når du tænker på drivhusgasser, " hun siger, "er, at vanskeligheden ved at spore og måle metan i sig selv er en risiko." Hvis forskerne er usikre på, hvor meget der er, og hvor det er, det er svært for politikere at formulere effektive strategier for at afbøde det. Denne undersøgelses tilgang er at omfavne usikkerheden i stedet for at blive hæmmet af den, Trancik siger:Usikkerheden i sig selv bør informere de nuværende strategier, forfatterne siger, ved at motivere investeringer i lækagedetektion for at reducere usikkerheden, eller en hurtigere overgang væk fra naturgas.

"Emissionssatser for samme type udstyr, samme år, kan variere betydeligt, " tilføjer Klemun. "Det kan variere afhængigt af hvilket tidspunkt på dagen du måler det, eller hvilken tid på året. Der er mange faktorer."

Meget opmærksomhed har fokuseret på såkaldte "super-emittere, " men selv disse kan være svære at spore. "I mange datasæt, en lille del af punktkilderne bidrager uforholdsmæssigt meget til de samlede emissioner, " siger Klemun. "Hvis det var nemt at forudsige, hvor disse forekommer, og hvis vi bedre forstod hvorfor, Detektions- og reparationsprogrammer kan blive mere målrettede." Men for at opnå dette vil det kræve yderligere data med høj rumlig opløsning, dækker brede områder og mange segmenter af forsyningskæden, hun siger.

Forskerne så på hele rækken af ​​usikkerheder, fra hvor meget metan der slipper ud til hvordan man karakteriserer dets klimapåvirkninger, under en række forskellige scenarier. En tilgang lægger stor vægt på at erstatte kulfyrede anlæg med naturgas, for eksempel; andre øger investeringerne i kulstoffri kilder, mens de stadig bevarer en rolle for naturgas.

I den første tilgang, metan-emissioner fra den amerikanske elsektor skal reduceres med 30 til 90 procent fra nutidens niveauer inden 2030, sammen med en reduktion på 20 procent i kuldioxid. Alternativt dette mål kunne nås gennem endnu større kuldioxidreduktioner, gennem hurtigere udbygning af kulstoffattig elektricitet, uden at kræve nogen reduktioner i naturgasudslip. Den højere ende af de offentliggjorte intervaller afspejler større vægt på metans kortsigtede opvarmningsbidrag.

Et spørgsmål, som undersøgelsen rejser, er, hvor meget der skal investeres i at udvikle teknologier og infrastruktur til sikker udvidelse af naturgasbrug, i betragtning af vanskelighederne med at måle og begrænse metan-emissioner, og i betragtning af, at stort set alle scenarier for at nå målene for reduktion af drivhusgasser kræver en i sidste ende udfasning af naturgas, der ikke inkluderer kulstoffangst og -lagring inden midten af ​​århundredet. "En vis mængde investeringer giver sandsynligvis mening for at forbedre og gøre brug af den nuværende infrastruktur, men hvis du er interesseret i virkelig dybe reduktionsmål, vores resultater gør det sværere at argumentere for den udvidelse lige nu, " siger Trancik.

Den detaljerede analyse i denne undersøgelse bør give vejledning til lokale og regionale tilsynsmyndigheder såvel som politiske beslutningstagere hele vejen til føderale agenturer, de siger. Indsigten gælder også for andre økonomier, der er afhængige af naturgas. De bedste valg og nøjagtige tidslinjer vil sandsynligvis variere afhængigt af lokale forhold, men undersøgelsen rammer problemet ved at undersøge en række muligheder, der inkluderer ekstremerne i begge retninger – dvs. i retning af at investere mest i at forbedre naturgasinfrastrukturen og samtidig udvide brugen, eller fremskynde en bevægelse væk fra den.