Een nieuwe MIT-studie onderzoekt de tegengestelde rollen van aardgas in de strijd tegen klimaatverandering - als een brug naar een toekomst met lagere emissies, maar ook een bijdrage aan de uitstoot van broeikasgassen.

Natuurlijk gas, dat voornamelijk methaan is, wordt gezien als een belangrijke "brugbrandstof" om de wereld te helpen af ​​te stappen van de broeikasgasemissies van fossiele brandstoffen, aangezien het verbranden van aardgas voor elektriciteit ongeveer half zoveel koolstofdioxide produceert als het verbranden van steenkool. Maar methaan is zelf een krachtig broeikasgas, en het lekt momenteel uit productieputten, opslagtanks, pijpleidingen, en stedelijke distributieleidingen voor aardgas. Het gebruik ervan verhogen, als een strategie om de elektriciteitsvoorziening koolstofarm te maken, zal ook het potentieel voor dergelijke "vluchtige" methaanemissies vergroten, hoewel er grote onzekerheid is over hoeveel te verwachten. Recente studies hebben de moeilijkheid gedocumenteerd om zelfs de huidige emissieniveaus te meten.

Deze onzekerheid maakt het nog moeilijker om de rol van aardgas als brug naar een koolstofvrij energiesysteem te beoordelen, en in het weten wanneer je er vanaf moet stappen. Maar er moeten nu strategische keuzes worden gemaakt over het al dan niet investeren in aardgasinfrastructuur. Dit inspireerde MIT-onderzoekers om tijdlijnen te kwantificeren voor het opruimen van de aardgasinfrastructuur in de Verenigde Staten of het versnellen van een verschuiving ervan, terwijl we de onzekerheid over vluchtige methaanemissies erkennen.

De studie toont aan dat, om ervoor te zorgen dat aardgas een belangrijk onderdeel wordt van de inspanningen van het land om de doelstellingen voor de reductie van broeikasgassen in het komende decennium te halen, de huidige methoden om methaanlekkage onder controle te houden, zouden met 30 tot 90 procent moeten verbeteren. Gezien de huidige problemen bij het monitoren van methaan, het bereiken van die reductieniveaus kan een uitdaging zijn. Methaan is een kostbaar goed, en dus bedrijven die produceren, opslaan, en de distributie ervan hebben al enige stimulans om de verliezen te minimaliseren. Echter, ondanks dit, zelfs het opzettelijk ontluchten en affakkelen van aardgas (met uitstoot van kooldioxide) gaat door.

De studie vindt ook beleid dat de voorkeur geeft aan rechtstreeks overstappen op koolstofvrije energiebronnen, zoals wind, zonne, en nucleair, zou kunnen voldoen aan de emissiedoelstellingen zonder dat dergelijke verbeteringen in de beperking van lekkage nodig zijn, ook al zou het gebruik van aardgas nog steeds een belangrijk onderdeel van de energiemix uitmaken.

De onderzoekers vergeleken verschillende scenario's voor het terugdringen van methaan uit het elektriciteitsopwekkingssysteem om te voldoen aan een doelstelling voor 2030 van 32 procent minder CO2-equivalente uitstoot ten opzichte van het niveau van 2005, die in overeenstemming is met eerdere toezeggingen van de VS om de klimaatverandering te beperken. De bevindingen verschijnen vandaag in het tijdschrift Environmental Research Letters, in een paper van MIT-postdoc Magdalena Klemun en universitair hoofddocent Jessika Trancek.

Methaan is een veel sterker broeikasgas dan koolstofdioxide, hoewel hoeveel meer afhangt van het tijdsbestek dat u kiest om naar te kijken. Hoewel methaan veel meer warmte vasthoudt, het duurt niet zo lang als het eenmaal in de atmosfeer is - tientallen jaren, niet eeuwen. Wanneer gemiddeld over een tijdlijn van 100 jaar, wat de meest gebruikte vergelijking is, methaan is ongeveer 25 keer krachtiger dan koolstofdioxide. Maar gemiddeld over een periode van 20 jaar, het is 86 keer sterker.

De werkelijke lekkagepercentages die verband houden met het gebruik van methaan zijn wijd verspreid, zeer variabel, en heel moeilijk vast te leggen. Met behulp van cijfers uit verschillende bronnen, de onderzoekers ontdekten dat het totale bereik ergens tussen 1,5 procent en 4,9 procent van de hoeveelheid geproduceerd en gedistribueerd gas lag. Een deel hiervan gebeurt direct bij de bronnen, sommige treden op tijdens verwerking en uit opslagtanks, en een deel komt uit het distributiesysteem. Dus, een verscheidenheid aan verschillende soorten monitoringsystemen en mitigerende maatregelen kan nodig zijn om de verschillende omstandigheden aan te pakken.

"Fugitive emissies kunnen ontsnappen helemaal uit waar aardgas wordt gewonnen en geproduceerd, helemaal tot aan de eindgebruiker, "zegt Trancek. "Het is moeilijk en duur om het onderweg in de gaten te houden."

Dat is op zich al een uitdaging. "Een belangrijk punt om in gedachten te houden bij het nadenken over broeikasgassen, " ze zegt, "is dat de moeilijkheid bij het volgen en meten van methaan zelf een risico is." Als onderzoekers niet zeker weten hoeveel er is en waar het is, het is moeilijk voor beleidsmakers om effectieve strategieën te formuleren om het te verminderen. De benadering van deze studie is om de onzekerheid te omarmen in plaats van erdoor verlamd te raken, Trancik zegt:De onzekerheid zelf zou de huidige strategieën moeten informeren, de auteurs zeggen, door investeringen in lekdetectie te motiveren om onzekerheid te verminderen, of een snellere overgang van aardgas.

"Emissiepercentages voor hetzelfde type apparatuur, in hetzelfde jaar, kan sterk variëren, " voegt Klemun toe. "Het kan variëren afhankelijk van op welk tijdstip van de dag je het meet, of welke tijd van het jaar. Er zijn veel factoren."

Er is veel aandacht besteed aan zogenaamde "superstralers, " maar zelfs deze kunnen moeilijk op te sporen zijn. "In veel datasets een klein deel van de puntbronnen draagt ​​onevenredig bij aan de totale emissies, "zegt Klemun. "Als het gemakkelijk zou zijn om te voorspellen waar deze zich voordoen, en als we beter begrepen waarom, detectie- en reparatieprogramma's kunnen gerichter worden." Maar om dit te bereiken, zijn aanvullende gegevens nodig met een hoge ruimtelijke resolutie, die brede gebieden en vele segmenten van de toeleveringsketen bestrijkt, ze zegt.

De onderzoekers keken naar het hele scala aan onzekerheden, van hoeveel methaan ontsnapt tot hoe de klimaateffecten te karakteriseren, onder verschillende scenario's. Eén benadering legt sterk de nadruk op het vervangen van kolencentrales door aardgas, bijvoorbeeld; andere verhogen de investeringen in koolstofvrije bronnen terwijl ze een rol voor aardgas behouden.

Bij de eerste benadering de methaanemissies van de Amerikaanse energiesector zouden tegen 2030 met 30 tot 90 procent moeten zijn verminderd ten opzichte van het huidige niveau, samen met een reductie van 20 procent in kooldioxide. Alternatief, dat doel zou kunnen worden gehaald door nog grotere reducties van kooldioxide, zoals door snellere uitbreiding van koolstofarme elektriciteit, zonder dat de lekkagepercentages voor aardgas hoeven te worden verlaagd. De bovenkant van de gepubliceerde reeksen weerspiegelt een grotere nadruk op de kortetermijnopwarmingsbijdrage van methaan.

Een vraag die door de studie naar voren werd gebracht, is hoeveel er moet worden geïnvesteerd in de ontwikkeling van technologieën en infrastructuur voor het veilig uitbreiden van het aardgasgebruik, gezien de moeilijkheden bij het meten en verminderen van methaanemissies, en gezien het feit dat vrijwel alle scenario's om de doelstellingen voor de vermindering van broeikasgassen te halen, vragen om het uiteindelijk uitfaseren van aardgas dat geen koolstofafvang en -opslag omvat tegen het midden van de eeuw. "Een bepaalde hoeveelheid investeringen is waarschijnlijk zinvol om de huidige infrastructuur te verbeteren en te gebruiken, maar als je geïnteresseerd bent in echt diepe reductiedoelen, onze resultaten maken het moeilijker om op dit moment een pleidooi te houden voor die uitbreiding, ' zegt Tranck.

De gedetailleerde analyse in deze studie zou een leidraad moeten zijn voor lokale en regionale regelgevers en beleidsmakers tot aan federale agentschappen, ze zeggen. De inzichten zijn ook van toepassing op andere economieën die afhankelijk zijn van aardgas. De beste keuzes en exacte tijdlijnen kunnen variëren afhankelijk van de lokale omstandigheden, maar de studie kadert de kwestie door een verscheidenheid aan mogelijkheden te onderzoeken die de uitersten in beide richtingen omvatten - dat wil zeggen, om vooral te investeren in het verbeteren van de aardgasinfrastructuur en tegelijkertijd het gebruik ervan uit te breiden, of het versnellen van een beweging er vanaf.