Forskning forbinder skifergas, ældre energiudvikling med grundvandsforurening

Fracking for naturgas i dele af Pennsylvania med en arv fra energiudvinding kan øge risikoen for grundvandsforurening, ifølge et hold ledet af Penn State-forskere.

Forskerne fandt en potentiel sammenhæng mellem forhøjede niveauer af klorid i grundvandet og områder, hvor horisontal boring og fracking efter skifergas overlapper med en høj tæthed af ældre, konventionelle olie- og gasbrønde og kulminedrift i det sydvestlige Pennsylvania. Forbindelsen blev ikke observeret i prøver fra det nordøstlige Pennsylvania, som også oplevede Marcellus Shale-boomet, men som ikke har den samme lange historie med intensiv energiudvinding.

Forhøjede kloridniveauer i det sydvestlige Pennsylvania blev fundet i nogle få regionale hot spots beliggende nær høje tætheder af ukonventionelle brønde, sagde forskerne. Selvom disse niveauer ikke overstiger sikkerhedsstandarderne, hvis de er forårsaget af lækager eller spild fra ukonventionel boring, kan stoffer, der også findes i skifergasaffaldsvæsker, såsom thallium, overskride EPA-grænserne i de tættest udviklede hotspots.

"Vores resultater peger på en regional stigning i grundvandschlorid i nærheden af ​​ukonventionelle brønde i det sydvestlige Pennsylvania, hvor Marcellus Shale-spillet overlapper en lang arv fra olie-, gas- og kuludvinding," siger Samuel Shaheen, en kandidatstuderende i Penn State og hovedforfatter på papiret. "Men i stedet for hver brønd, der producerer højere chlorid, er denne regionale påvirkning sandsynligvis drevet af hotspots, hvor saltlage når grundvandet via lækager eller spild, eller muligvis, hvor underjordiske funktioner eller brøndintegritet tillader lækage."

Forskerne sagde, at yderligere undersøgelse er nødvendig for at afgøre, om der er potentielle indvirkninger på drikkevand. Undersøgelsen kan dog vejlede, hvor det fremtidige arbejde finder sted.

"En af udfordringerne ved at studere grundvandsforurening fra ukonventionel udvikling er, at vi har boret over 10.000 af disse brønde i Pennsylvania," sagde Shaheen. "Antallet af dem, der sandsynligvis har forurenet nogens drikkevandsbrønd, er ret lille i forhold til det store antal brønde, der blev boret."

Undersøgelsen, med titlen "Geokemiske beviser for grundvandsforurening og potentielle menneskelige sundhedsrisici, hvor hydraulisk frakturering overlapper med omfattende ældre kulbrinteudvinding," vises i Environmental Science &Technology .

Holdet fokuserede deres undersøgelse på det sydvestlige Pennsylvania, et område, der har oplevet omfattende kulminedrift og boring efter olie og gas, der går tilbage til 1800-tallet, og som for nylig oplevede Marcellus Shale-boomet, herunder horisontal boring og hydraulisk frakturering for at udvinde naturgas.

Fracking for skifergas bruger store mængder vand, injiceret ved højt tryk, til at åbne underjordiske sprækker og blotlægge indesluttet gas. Som følge heraf indeholder spildevandet, der genereres ved denne proces, ofte store - og stærkt koncentrerede - mængder af dybe saltlagesalte, såsom chlorid, barium og strontium, såvel som sporstoffer som thallium og arsen. Nogle af disse stoffer udgør potentielle risici for menneskers sundhed.

Holdet fandt stigninger i chlorid-, barium- og strontiumkoncentrationer lokaliseret i regionale hot spots. Disse små - men statistisk signifikante - stigninger blev fundet tættere på ukonventionelle brønde og i områder, hvor mere ukonventionelle brønde var placeret mindre end en kilometer fra vandprøver.

"Det er ikke, at hver gasbrønd frigiver saltene, det er mere, at der er en håndfuld af disse problemområder, hvor vi observerer stigende koncentrationer i nærheden, og vi opdager det i hele regionen," sagde Shaheen. "Antallet af ukonventionelle brønde, som vi mener forårsager problemer, er virkelig lavt."

Klorid kan komme fra andre kilder såsom vejsalt, og holdet bruger metoder til at identificere sådanne effekter. Nogle af prøverne i holdets datasæt blev indsamlet i en tid, hvor reglerne for opbevaring af borespildevand var mindre strenge. Nu kræves det, at spildevand opbevares i tanke i stedet for forede reservoirer.

I modsætning til stigningen i klorid fandt holdet lavere frekvenser af metanforurening i det sydvestlige Pennsylvania sammenlignet med nordøstlige dele af staten. Methane can leak from wells that were improperly constructed or damaged. Methane itself is non-toxic, but it poses an explosion hazard in high concentrations in enclosed areas and can lead to conditions that produce toxic elements like arsenic in water.

"We as geochemists have paid a lot of attention to the methane issue because of the potential for explosions or fire, but here we saw potentially bigger issues on the salt side of things," Shaheen said.

The lower frequency of methane contamination initially surprised Shaheen and the rest of the team because of coal's significant emission of methane and the high incidence of coal extraction within the region. But due to the region's long history of conventional energy extraction, methane may have previously been extracted via conventional drilling or leaked out through coal mines or oil and gas infrastructure into the atmosphere, the scientists said.

"Even though we thought it would cause more issues, this overlap with conventional oil and gas drilling, and coal mining, might have actually released some of the methane that normally causes these issues and reduced the frequency of methane migration during unconventional drilling," Shaheen said.

The team utilized a data set that consisted of 6,991 groundwater samples, with 4,325 collected from domestic wells and 2,666 from springs. They also used advanced data mining techniques, such as machine learning, to find contamination that is usually infrequent across large data sets. + Udforsk yderligere

Researchers develop affordable, less intensive methane detection protocol