Een nieuwe studie biedt antwoorden op vragen die beleidsmakers voor raadsels stellen, onderzoekers en regelgevende instanties door decennia van onderzoek en evoluerende wetenschap:hoeveel totaal methaan, een broeikasgas, wordt uitgestoten door aardgasactiviteiten in de VS? En waarom verschillende schattingsmethoden hebben, toegepast in verschillende Amerikaanse olie- en gasbassins, leek het er niet mee eens te zijn?

De door de Colorado State University geleide studie, gepubliceerd op 29 oktober in Proceedings van de National Academy of Sciences , voortgekomen uit een grote multi-institutionele veldcampagne genaamd de Basin Methane Reconciliation Study. De onderzoekers ontdekten dat episodische uitstoot van methaan, die meestal plaatsvindt tijdens onderhoudswerkzaamheden overdag, bij een paar faciliteiten op een bepaalde dag, kan verklaren waarom de boekhouding van de totale emissies in eerdere analyses niet overeenkwam.

Met de onschatbare hulp van industriepartners, de onderzoekers hebben beduidend geavanceerde kwantificeringsmethoden voor emissies op bekkenniveau en werpen nieuw licht op belangrijke emissieprocessen.

"Onze studie is de eerste in zijn soort, qua omvang en aanpak, " zei Dan Zimmerle, senior auteur van de PNAS studie, en een senior onderzoeksmedewerker bij het CSU Energy Institute. "Het maakte gebruik van gelijktijdige grond- en vliegtuigmetingen en on-site operatiegegevens, en als resultaat vermindert onzekerheden van eerdere studies."

De Basin Methane Reconciliation Study omvatte wetenschappers van CSU, Colorado School of Mines, Universiteit van Colorado Boulder, de National Oceanic and Atmospheric Administration, en het Nationaal Laboratorium voor Hernieuwbare Energie. Andere wetenschappelijke partners waren University of Wyoming, Aerodyne, AECOM, Wetenschappelijke Luchtvaart en GHD. De veldcampagne vond plaats in 2015 in het Fayetteville-schaliegasspel van Arkansas' Arkoma Basin.

Gecoördineerde inspanning

Bij de campagne waren meer dan 60 onderzoekers betrokken die gecoördineerde metingen op faciliteit- en apparaatniveau deden van de belangrijkste bronnen van aardgasemissie. De campagne omvatte ook een reeks viaducten van vliegtuigen om metingen te verzamelen in dezelfde periode waarin onderzoekers metingen op de grond deden. De vluchten vonden plaats toen meteorologische omstandigheden nauwkeurige regionale emissieschattingen mogelijk maakten.

Het onderzoeksteam ging op zoek naar de hardnekkige kloof tussen twee veelgebruikte methoden voor het schatten van methaanemissies van aardgasactiviteiten. "Bottom-up" schattingen, zoals die gebruikt in de EPA Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks, worden ontwikkeld door emissies te meten van een representatieve steekproef van apparaten, opgeschaald door het aantal apparaten of emissiegebeurtenissen. In tegenstelling tot, "top-down" metingen kunnen op regionale schaal worden uitgevoerd, zoals het bovenwinds en benedenwinds vliegen van een vliegtuig van een studiegebied om de totale emissies van methaan dat een bassin binnenkomt of verlaat af te leiden.

Vroeger, de meeste op vliegtuigen gebaseerde, Emissieschattingen op bekkenschaal waren statistisch hoger dan schattingen op basis van bottom-up accounting.

"De sleutel tot onze inspanningen was om iedereen in hetzelfde veld te hebben, tegelijkertijd, " zei Gabriëlle Petron, een onderzoekswetenschapper van CIRES bij CU Boulder en NOAA die de hoofdonderzoeker was van het top-down meetteam. "Door de verdiensten en valkuilen van meerdere meetmethoden te vergelijken, konden we een veel uitgebreidere, en wij geloven nauwkeurig, beeld van het methaanemissielandschap voor aardgasinfrastructuur."

Inleidende papers evalueren meerdere methoden

De PNAS-paper maakte gebruik van een uitgebreide reeks resultaten die zijn gepubliceerd in inleidende artikelen over de evaluatie van emissies van aardgasfaciliteiten, inclusief putkussens, verzamelstations, pijpleidingen verzamelen, en transmissie- en distributiesectoren. De teams voerden gelijktijdige metingen uit met behulp van meerdere methoden bij putkussens en compressorstations - de grootste emissiebronnen die in het bassin zijn geïdentificeerd - die de sterke en zwakke punten van verschillende on-site en downwind-methoden aan het licht brachten. Aardgasdistributiesystemen waren slechts een klein deel van de totale aardgasemissies. Het team schatte ook de methaanemissies van biogene bronnen, zoals landbouw en stortplaatsen.

Het geheel van die onderzoeksinspanningen culmineerde in het door de CSU geleide PNAS-papier dat alle gegevens van de onderzoeksteams synthetiseerde. Dit sluitstuk vergeleek een bottom-up schatting die rekening hield met de locatie en timing van emissies, met een top-down schatting ontwikkeld via vliegtuigmetingen - een analyse die nog nooit eerder was gedaan. Een van de belangrijkste inzichten van het onderzoek was het belang van inzicht in de timing van metingen en dagelijkse onderhoudsactiviteiten, wat waarschijnlijk de aanhoudende kloof tussen eerdere top-down en bottom-up schattingen verklaart.

Korte periodes van hoge emissies

Routinematige onderhoudswerkzaamheden vinden overdag plaats en kunnen midden op de dag korte perioden van hoge emissies veroorzaken. Een van deze activiteiten heet "manueel lossen van vloeistoffen, " die de opeenhoping van vloeistoffen in een aardgasbron verwijdert om de gasproductiestromen te herstellen. Het losproces kan de aardgasstroom tijdelijk van de bron naar een atmosferische ontluchting leiden.

Deze activiteiten vinden meestal overdag plaats, rond dezelfde tijd zou een onderzoeksvliegtuig metingen doen. Deze dagelijkse variabiliteit van methaanemissies, concludeerden de onderzoekers, kan helpen verklaren waarom schattingen van vliegtuigmetingen eerder hoger waren dan schattingen op basis van jaarlijkse bottom-up inventarisaties.

In dit onderzoek, Voor de eerste keer, de onderzoekers toonden aan dat de oost-naar-west variatie van methaanemissies over het bassin, afgeleid van vliegtuigmetingen, werden gereproduceerd door de hoge resolutie, bottom-up emissiemodel ontwikkeld door het CSU-team.

Industriepartnerschappen en publieke/private financiering

Door samen te werken met technische experts uit de industrie, kreeg het onderzoeksteam van onschatbare waarde volledige toegang tot de site voor bottom-up metingen en uurlijkse en ruimtelijk opgeloste operationele gegevens. De gegevens verbeterden het begrip van de omvang en timing van emissies, met name voor episodische gebeurtenissen zoals onderhoudswerkzaamheden.

"Wat we hebben gevonden, is dat we twee goede meetmethoden hebben. Als je ze wilt vergelijken, je moet rekening houden met timing en locatie van emissies, " zei PNAS-hoofdauteur Tim Vaughn, een CSU-onderzoeker.

Toepasbaarheid van deze resultaten op andere productiebekkens is niet bekend, zeggen de onderzoekers, zonder de timing van emissies in die andere bekkens te begrijpen.