En ny studie ger svar på frågor som har undrat politiska beslutsfattare, forskare och tillsynsmyndigheter genom årtionden av utredning och utvecklande vetenskap:Hur mycket totalt metan, en växthusgas, släpps ut från naturgasverksamhet i USA? Och varför ha olika uppskattningsmetoder, appliceras i olika amerikanska olje- och gasbassänger, verkade vara oense?

Den Colorado State University-ledda studien, publicerad 29 oktober Förfaranden från National Academy of Sciences , berodde på en stor, multi-institutionell fältkampanj kallad Basin Methane Reconciliation Study. Forskarna fann att episodiska utsläpp av metan som sker mestadels under underhållsoperationer endast under dagtid, vid några anläggningar varje dag, kan förklara varför totala utsläppsredovisningar inte har kommit överens i tidigare analyser.

Med ovärderlig hjälp från branschpartner, forskarna har avsevärt avancerade metoder för utsläppskvantifiering på bassängnivå och belyser viktiga utsläppsprocesser.

"Vår studie är den första i sitt slag, i dess omfattning och tillvägagångssätt, "sa Dan Zimmerle, senior författare till PNAS studie, och en senior forskningsassistent vid CSU Energy Institute. "Den använde samtidiga mark- och flygmätningar och driftdata på plats, och som ett resultat minskar osäkerheten i tidigare studier. "

Basin -metanförsoningsstudien omfattade forskare från CSU, Colorado School of Mines, University of Colorado Boulder, National Oceanic and Atmospheric Administration, och National Renewable Energy Laboratory. Andra vetenskapliga partner var University of Wyoming, Aerodyne, AECOM, Vetenskaplig luftfart och GHD. Fältkampanjen ägde rum 2015 i Fayetteville -skiffergaspelet i Arkansas Arkoma Basin.

Samordnad insats

Kampanjen involverade mer än 60 forskare som gjorde samordnade anläggnings- och enhetsnivåmätningar av viktiga naturgasutsläppskällor. Kampanjen inkluderade också en serie flygplan för att samla in mätningar under samma period när forskare gjorde mätningar på marken. Flygningarna ägde rum när meteorologiska förhållanden tillät exakta regionala utsläppsuppskattningar.

Forskargruppen satte sig för att undersöka det ihållande gapet mellan två mycket använda metoder för att uppskatta metanutsläpp från naturgasverksamhet. "Uppifrån och upp" uppskattningar, såsom de som används i EPA:s inventering av utsläpp och sänkor av växthusgaser i USA, utvecklas genom att mäta utsläpp från ett representativt urval av enheter, skalas upp med antalet enheter eller utsläppshändelser. I kontrast, "top-down" -mätningar kan utföras i regional skala, som att flyga ett flygplan upp och ned i ett studieområde för att härleda totala utsläpp från metan som kommer in i eller lämnar ett bassäng.

Förr, mest flygbaserade, utsläppsuppskattningar i bassäng har varit statistiskt högre än uppskattningar baserade på bottom-up-redovisning.

"Nyckeln till våra ansträngningar var att ha alla ute på samma område, på samma gång, "sa Gabrielle Petron, en forskare från CIRES vid CU Boulder och NOAA som var huvudutredaren för toppmätningsteamet. "Genom att jämföra fördelarna och fallgroparna med flera mätmetoder, vi kunde måla en mycket mer omfattande, och vi tror korrekt, bild av metanutsläppslandskapet för naturgasinfrastruktur. "

Inledande papper utvärderar flera metoder

PNAS-papperet använde en omfattande uppsättning resultat som publicerades i ledande dokument som utvärderar utsläpp från naturgasanläggningar, inklusive brunnskydd, samlingsstationer, samla rörledningar, och överförings- och distributionssektorer. Teamen gjorde samtidiga mätningar med hjälp av flera metoder vid brunnskydd och kompressorstationer-de största utsläppskällorna som identifierats i bassängen-vilket belyste styrkor och svagheter med olika metoder på plats och motvind. Naturgasdistributionssystem var bara en liten bråkdel av de totala naturgasutsläppen. Teamet uppskattade också metanutsläpp från biogena källor, som jordbruk och deponier.

Hela dessa forskningsinsatser kulminerade i det CSU-ledda PNAS-papperet som syntetiserade all data som togs av forskargrupperna. I detta stenpapper jämfördes en uppskattning nedifrån och upp som stod för utsläppets placering och tidpunkt, med en uppskattning uppifrån och ner utvecklad via flygmätning-en analys som aldrig hade gjorts tidigare. En av studiens viktigaste insikter var vikten av att förstå tidpunkten för mätningar och underhållsaktiviteter dagtid, vilket förmodligen förklarar det ihållande gapet mellan tidigare uppskattningar uppifrån och ned.

Korta perioder med höga utsläpp

Rutinunderhåll sker dagtid och kan orsaka korta perioder med höga utsläpp mitt på dagen. En av dessa aktiviteter kallas "manuell lossning av vätskor, "som tar bort vätskeansamling vid en naturgasbrunn för att återställa gasproduktionsflöden. Avlastningsprocessen kan tillfälligt avleda flödet av naturgas från brunnen till en atmosfärisk ventil.

Dessa aktiviteter sker vanligtvis under dagen, ungefär samtidigt skulle ett forskningsflygplan utföra mätningar. Denna dagliga variation av metanutsläpp, forskarna drog slutsatsen, kan förklara varför uppskattningar från flygmätningar tidigare har varit högre än uppskattningar baserade på årliga bottom-up-inventeringar.

I den här studien, för första gången, forskarna visade att den öst-till-västliga variationen av metanutsläpp över bassängen, härrörande från flygmätningar, reproducerades av högupplöst, bottom-up-utsläppsmodell utvecklad av CSU-teamet.

Branschpartnerskap och offentlig/privat finansiering

Genom att arbeta med branschtekniska experter gav studieteamet ovärderlig fullständig åtkomst till webbplatsen för bottom-up-mätningar och tim- och rumsligt lösta driftdata. Uppgifterna förbättrade förståelsen av utsläppens storlek och tidpunkt, särskilt för episodiska händelser som underhållsoperationer.

"Det vi har hittat är att vi har två bra mätmetoder. Om du vill jämföra dem, du måste ta hänsyn till tidpunkt och plats för utsläpp, "sade PNAS huvudförfattare Tim Vaughn, en CSU -forskare.

Tillämpningen av dessa resultat för andra produktionsbassänger är inte känd, säger forskarna, utan att förstå tidpunkten för utsläpp i de andra bassängerna.