Trots en nedgång i antalet nya naturgasbrunnar i Marcellus Shale-regionen i nordöstra Pennsylvania, ny forskning ledd av Drexel University visar att atmosfäriska metannivåer i området fortfarande ökar. Mätningar av metan och andra luftföroreningar tagna med tre års mellanrum på landsbygden i Pennsylvania som har varit målet för naturgasutveckling under det senaste decenniet, visade en betydande ökning från 2012 till 2015.

"Metan ökar globalt, men ökningstakten för denna region är mycket snabbare än global ökning, sade Peter DeCarlo, Doktorsexamen, en biträdande professor som studerar atmosfärisk kemi vid Drexels College of Engineering och College of Arts and Sciences, som ledde studien. "Den snabba ökningen av metan beror sannolikt på den ökade produktionen av naturgas från regionen som har ökat markant under perioden 2012 till 2015. Med de ökade bakgrundsnivåerna av metan, den relativa klimatnyttan av naturgas jämfört med kol för kraftproduktion minskar."

Sedan de första skiffergasbrunnarna borrades i Marcellus Shale Basin, en region som diagonalt delar staten från nordost till sydväst, det har funnits oro över vad som låser upp de nya lagren av fossila bränslen med en okonventionell metod, kallas hydraulisk sprickbildning, kan betyda för miljön. Nästan ett decennium senare, forskare arbetar fortfarande med att förstå hur de kemikalier som frigörs och de kemikalier som används för att frigöra dem ligger kvar i vattnet och luften.

Den här studien, som publicerades i tidskriften Elementa:Vetenskapen om antropocen , är den senaste i en serie utförd av DeCarlo och Drexel Air Resources Research Lab, indikerar att nivåer av atmosfärisk metan i regionen sannolikt är kopplade till ökad naturgasproduktion, snarare än antalet nya brunnar som borrats i området. Forskarna observerade inte denna ökning för andra föroreningar, såsom kolmonoxid. Detta tyder på att olika gasutvinningsaktiviteter – borrning kontra produktion – ger olika kemiska utsläpp, enligt DeCarlo.

Data från denna studie jämfördes med teamets resultat från 2012 i samma område, vilket var det första försöket att mäta bakgrundsnivåer av olika atmosfäriska föroreningar i samband med utvinning av skiffergas i Marcellus Shale-regionen i Pennsylvania. Teamet korsade området med Drexels mobila laboratorium, en Ford lastbil utrustad med all utrustning som behövs för att mäta koncentrationer av kemikalier och partiklar i luften med 1-10 sekunders intervall under körning.

Denna typ av övervakning på marknivå är ett användbart sätt att samla in data eftersom provluften är densamma som invånarna i området utsätts för. Teamet täckte en stor del av den nordöstra regionen Pennsylvania som inkluderade delar av Bradford, Clinton, Columbia, Luzerne, Lycoming, Krukmakare, Susquehanna och Tioga län och nordöstra och norra centrala Pennsylvania.

"Vår fältstudie 2015 täckte ett större rumsligt område och finansierades för att fokusera på pipeline- och pipelineteknik, " DeCarlo sa. "Men vi överlappade också 2012 års studieområde och kunde korskontrollera bakgrundskoncentrationerna av flera föroreningar och fann att metannivåerna var högre medan kolmonoxidnivåerna var lägre i de överlappande regionerna."

Initiala mätningar 2012 visade metannivåer på 1960 miljarder - ungefär 50 miljarder högre än vad som skulle förväntas i ett landsbygdsområde utan naturgasutveckling. Tre år senare ökade den koncentrationen med ytterligare 100 delar per miljard. Atmosfäriska koncentrationer utan naturgasutveckling steg med 6 delar per miljard, så denna ökning är ganska betydande jämfört med den globala ökningen, enligt DeCarlo.

Den totala naturgasproduktionen från Marcellus Shale-regionen har klättrat till 16 miljarder kubikfot per dag, vilket är dubbelt så mycket som alla andra okonventionella naturgasresurser i landet, enligt forskarna. Bara under de senaste tre åren, produktionen av naturgas från regionen mer än fördubblades, trots att det borrades ungefär hälften så många nya brunnar 2015 som 2012, enligt Pennsylvania Department of Environmental Protection siffror som citeras i tidningen.

"Även om hastigheten med vilken nya brunnar borras och färdigställs har saktat ner, den övergripande infrastrukturen, och produktionen har ökat, ", sa DeCarlo. "Det betyder att volymen gas som rör sig genom rörledningar, kompressorstationer och processanläggningar ökar. Om läckagehastigheten för metan är konstant per kubikfot gas, det skulle inte vara förvånande att bakgrundsmetanet har ökat så mycket som det har gjort medan andra föroreningar som kolmonoxid, som är mer förknippat med borrning och lastbilskörning, visar en nedgång."

Detta fynd kan också tyda på att åtgärder som vidtagits av naturgasproducenter för att minska läckage från färdigställande av brunnar, medan det fortfarande är nödvändigt, är inte tillräckliga för att minska metanläckaget i Marcellus Shale-regionen. Och med huvuddelen av miljöskyddsbestämmelser från PADEP som fokuserar på förorening av grundvatten, det är möjligt att atmosfäriska utsläpp från naturgasinfrastrukturen kan fortsätta tills forskningen tydligare kan identifiera källan till läckorna och identifiera effekterna av specifika utsläpp på folkhälsan.

Teamet använde också den metod som utvecklats för denna studie för att analysera data från andra studier som SENEX-kampanjen, genomfördes av NOAA-forskare från ett forskningsflygplan 2013. Den nya metoden lägger ut en färdplan för analys som kan tillämpas på datauppsättningar från andra grupper och kommer att göra det möjligt för forskare att övervaka bakgrundsnivåerna för olika föroreningar i regionen när naturgasutvinningen fortsätter.

"Denna studie är en ögonblicksbild från tre års utveckling i Marcellus Shale-regionen, "DeCarlo sa. "Även om det tydligt har visat trender i olika föroreningsutsläpp och efterföljande atmosfäriska bakgrundsnivåer, Det krävs fortsatt övervakning i dessa regioner i Pennsylvania för att spåra den fortsatta effekten av naturgasutveckling och produktionsinfrastruktur på gles övervakade områden i staten."