Mängden vatten som användes per brunn för hydraulisk sprickbildning ökade med upp till 770 procent mellan 2011 och 2016 i alla större amerikanska skiffergas- och oljeproduktionsregioner, en ny Duke University-studie finner.

Volymen av saltvattenfyllt avloppsvatten som fraktade olje- och gaskällor genererade under deras första produktionsår ökade också med upp till 1440 procent under samma period, visar studien.

Om denna snabba intensifiering fortsätter, frackings vattenavtryck kan växa med upp till 50-faldigt i vissa regioner till år 2030 – vilket ger upphov till oro för dess hållbarhet, särskilt i torra eller halvtorra regioner i västra stater, eller andra områden där grundvattentillgången är stressad eller begränsad.

"Tidigare studier antydde att hydraulisk sprickning inte använder signifikant mer vatten än andra energikällor, men dessa fynd baserades endast på aggregerade data från de första åren av fracking, sa Avner Vengosh, professor i geokemi och vattenkvalitet vid Duke's Nicholas School of the Environment.

"Efter mer än ett decennium av fracking, vi har nu fler år av data att hämta från flera verifierbara källor. Vi ser tydligt en stadig årlig ökning av hydraulisk sprickbildnings vattenavtryck, med 2014 och 2015 som markerade en vändpunkt där vattenanvändningen och genereringen av återflöde och producerat vatten började öka i betydligt högre takt, " sa Vengosh.

"Medan utvinningen av skiffergas och tight oil har blivit effektivare över tiden eftersom nettoproduktionen av naturgas och olja från dessa okonventionella brunnar har ökat, mängden vatten som används för hydraulisk sprickning och volymen avloppsvatten som produceras från varje brunn har ökat i mycket högre takt, göra frackings vattenavtryck mycket högre, " han lade till.

Duke-teamet publicerade sina expertgranskade resultat den 15 augusti Vetenskapens framsteg .

För att genomföra studien, de samlade in och analyserade sex års data om vattenanvändning och naturgas, olje- och avloppsvattenproduktion från industrin, statliga och ideella källor för mer än 12, 000 enskilda brunnar i alla större amerikanska skiffergas- och täta oljeproducerande regioner. Sedan använde de dessa historiska data för att modellera framtida vattenanvändning och första års avloppsvattenvolymer under två olika scenarier.

Modellerna visade att om nuvarande låga olje- och gaspriser stiger och produktionen åter når nivåer som sågs under frackings storhetstid i början av 2010-talet, kumulativ vattenanvändning och avloppsvattenvolymer kan öka med upp till 50 gånger i okonventionella gasproducerande regioner till 2030, och upp till 20-faldigt i okonventionella oljeproducerande regioner.

"Även om priser och borrhastigheter förblir på nuvarande nivåer, våra modeller förutspår fortfarande en stor ökning till 2030 i både vattenanvändning och avloppsvattenproduktion, " sa Andrew J. Kondash, en Ph.D. student i Vengoshs labb som var huvudförfattare till tidningen.

En brunns avloppsvatten består huvudsakligen av saltlösningar som utvinns med gasen och oljan från djupa underjordiska, blandas med en del av vattnet som initialt injicerades i brunnen under hydraulisk sprickbildning. Dessa saltlösningar är vanligtvis salta och kan innehålla giftiga och naturligt förekommande radioaktiva ämnen, vilket gör dem svåra att behandla och kassera på ett säkert sätt. För att hålla jämna steg med den växande volymen avloppsvatten som nu genereras, borrföretag injicerar allt oftare det tillbaka djupt under jorden i avloppsvattenbrunnar. Denna praxis hjälper till att hålla avloppsvattnet borta från lokala vattenförsörjningar men har kopplats till små till medelstora jordbävningar på vissa platser.

"Nya borrtekniker och produktionsstrategier har stimulerat exponentiell tillväxt i okonventionell olje- och gasproduktion i USA och, alltmer, i andra delar av världen, " Kondash sa. "Denna studie ger den mest exakta baslinjen hittills för att bedöma de långsiktiga miljöpåverkan som denna tillväxt kan ha, särskilt om lokal vattentillgång och avloppsvattenhantering."

"Lärdomar från produktionsutvecklingen i USA kan direkt informera planeringen och genomförandet av hydrauliska spräckningsmetoder på andra håll som andra länder som Kina, Mexiko och Argentina lägger sina okonventionella naturgasreserver online, " han sa.