Putten die aardgas uit de grond halen, lekken vaak grote hoeveelheden methaan, een krachtig broeikasgas, in de lucht. Een team van onderzoekers van Princeton University heeft ontdekt dat, in een van de grootste gasproducerende regio's, de meeste van deze emissies komen uit een kleine subset van de putten, een bevinding met grote implicaties voor de beheersing van het probleem.

Onderzoekers onder leiding van Mark Zondlo, een universitair hoofddocent civiele en milieutechniek, bracht twee jaar door met het bemonsteren van emissies van de Marcellus Shale, een bassin dat zich uitstrekt van West Virginia tot in de staat New York. In onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie , de auteurs meldden dat 10 procent van de putten verantwoordelijk is voor meer dan driekwart van het gas dat als bijproduct van extractie in de atmosfeer is gelekt. Dat heeft het equivalente broeikaseffect van 500 toevoegen, 000 auto's, of ongeveer 2 procent van de Amerikaanse automarkt, naar de weg.

Deze vonst, echter, kan een zilveren randje hebben voor het verzachten van de gevolgen voor het milieu, Zondlo zei, omdat het repareren van een relatief klein aantal van deze "superemitting" putten kan leiden tot een grote vermindering van de emissies. Hij waarschuwde dat het identificeren van de meest lekkende putten niet altijd gemakkelijk is, gedeeltelijk omdat de uitstoot van bronnen in de loop van de tijd kan veranderen.

De onderzoekers zeiden dat de uitstoot het gevolg kan zijn van verschillende praktijken, inclusief het opzettelijk openen van kleppen om de druk bij putten te ontlasten, of van kleppen die onbedoeld open blijven staan. Eerdere studies hebben gekeken naar kleine monsters van putten in Texas en West Virginia en kwamen tot vergelijkbare conclusies over de impact van 'superemitters'. Het nieuwe onderzoek is het eerste dat kijkt naar operaties in het meest productieve schaliebekken in de VS en vertegenwoordigt het grootste totale aantal gemeten putten.

Samen met Zondlo, die voormalig associate director externe partnerships is bij het Andlinger Centrum voor Energie en Milieu, hoofdonderzoekers van het team zijn onder meer Elie Bou-Zeid, hoogleraar civiele techniek en milieutechniek, en Jeffrey Fitts, voormalig onderzoekswetenschapper bij de afdeling Civiele en Milieutechniek en voormalig onderzoeks- en ontwikkelingsstrateeg bij het Andlinger Center. Dana Caulton, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Zondlo, leidde de veldbemonstering.

De lasers die Zondlo en het team gebruiken in het mobiele laboratorium, het Princeton Atmospheric Chemistry-experiment, meet de concentratie van methaan in de lucht door een precieze golflengte van licht door de lucht te schieten en te zien hoeveel licht wordt geabsorbeerd door de gassen in de lucht, specifiek door methaan. Met behulp van deze techniek, de onderzoekers konden de hoeveelheid methaan in de lucht onderscheiden en een emissiepercentage berekenen dat aan de put was gekoppeld.

De bevindingen presenteren een pad naar het uiteindelijk beperken van koolstofvervuiling door gaswinning, zei Zondlo. Een beter begrip van waarom en hoe bepaalde putten meer lekken dan andere, kan "praktische routes voor mitigatie, " hij zei.

Aardgas bestaat voornamelijk uit methaan, dat een van de krachtigste broeikasgassen is en ongeveer 30 keer beter in staat is om warmte vast te houden dan koolstofdioxide, opwarming van de aarde versnellen. Aardgas is een belangrijk onderdeel van de brandstofmix in de Verenigde Staten, goed voor ongeveer 35 procent van de elektriciteitsproductie en verwarming van ongeveer 60 miljoen Amerikaanse huizen per jaar. Zelfs bij de meest efficiënte operaties, enige lekkage wordt verwacht. Maar Zondlo zei dat de nieuwe bevindingen de mogelijkheid aantonen om de milieu-impact van de industrie enorm te verminderen.

Momenteel, gasbedrijven zoeken doorgaans naar lekken met behulp van infraroodcamera's, die de lekkage identificeren door methaan te "zien", maar deze technologie is niet gevoelig genoeg om de meeste lekken vast te leggen, tenzij de camera zich bijna bovenop de leklocatie zelf bevindt. Infraroodbeeldcamera's zijn daarom geen geweldige onderzoekstools om een ​​brede site te screenen, evenmin geven ze kwantitatieve gegevens over de hoeveelheid methaan die vrijkomt.

Ondanks het feit dat superemitters in de tijd kunnen variëren, afhankelijk van of de emissies afkomstig zijn van een eenmalig vastzittende klep of een lopend probleem, zoals een lekkende flens, Zondlo zei dat de methodologie die de onderzoeksgroep gebruikte, zou kunnen helpen de verdeling van emissies in de tijd vast te leggen.

Zondlo-schattingen met behulp van de lasers zouden in eerste instantie de monitoringkosten kunnen verhogen, maar hij zei dat gasbedrijven een groot deel daarvan zouden terugverdienen door verloren product terug te winnen. Indien goed uitgerust, servicevoertuigen die aan de putten werken, kunnen een route bieden om emissies effectief te bewaken in combinatie met gemeenschappelijke windsnelheid- en -richtingsvoorspellingen, hij zei.

"Als voertuigen voor routineonderhoud waren uitgerust met methaansensoren, het zou bronnen kunnen markeren waar de methaanniveaus veel hoger waren dan eerdere bezoeken en de meest problematische zouden kunnen identificeren, ' zei Zondlo.

Hij zei dat zijn technologie en vele andere veelbelovende technologieën bestaan, en nu is het een kwestie om de technologieën op te schalen en in het veld te implementeren. De meeste lasers die in zijn mobiele laboratorium worden gebruikt, zijn op maat gemaakt en duur om te bouwen, maar Zondlo zei dat hij werkt aan het produceren van de lasers met meer alledaagse materialen, zoals LED's.

Adam Brandt, universitair hoofddocent Energy Resources Engineering aan de Stanford University die niet is aangesloten bij de studie, zei dat het onderzoek "suggereerde dat het vinden en repareren van dit kleine aantal 'superemitters' een kosteneffectieve manier zou kunnen zijn om de uitstoot van broeikasgassen door gasproductieactiviteiten drastisch te verminderen."

David Lyon, een wetenschapper bij het Environmental Defense Fund die heeft gewerkt aan eerdere beoordelingen van methaanemissies, zei:"de resultaten van deze studie versterken de dringende noodzaak om methaanlekken uit de bestaande onconventionele gasbronnen van Pennsylvania te verminderen - deze lekken vertegenwoordigen $ 70 miljoen aan verspilde aardgasbronnen en hebben op korte termijn een klimaatimpact die gelijk is aan die van negen kolengestookte elektriciteitscentrales ."

De volgende stap voor de onderzoekers is om te kijken wat deze superemitters gemeen hebben. Zondlo is van plan de kenmerken van de putten te bestuderen, zoals productiesnelheid, leeftijd en grootte van de apparatuur van de operator om te zien wanneer en waarom locaties grote emittenten worden in de hoop mitigatiestrategieën te informeren.