Metan, en potent växthusgas som fångar upp cirka 30 gånger mer värme än koldioxid, släpps vanligtvis ut från risfält, mejerier, deponier, och olje- och gasanläggningar – som alla är rikliga i Kalifornien. Nu har Department of Energys Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) tilldelats 6 miljoner dollar av staten för att hitta "superutsläppare" av metan i ett försök att kvantifiera och potentiellt minska metanutsläppen.

Med ett bidrag från California Energy Commission, projektet kommer att fokusera på södra San Joaquin Valley, en region där mejeriindustrin och olje- och gasindustrin är de dominerande källorna till metan. Berkeley Lab arbetar i samarbete med Stanford University, UC Riverside, Central California Asthma Collaborative, Vetenskaplig luftfart, och Bluefield på projektet, dubbad SAMMANFATTNING, eller SUper emitters av metan detektion med flygplan, Torn, och intensivt observationsnätverk.

"De befintliga ramverken för metanredovisning och övervakning i Kalifornien är begränsade i sin förmåga att lösa utsläpp i omfattningen av enskilda städer eller anläggningar, såsom ett olje- och gasfält eller en naturgasbehandlingsanläggning, mycket mindre enskilda komponenter, sa Sébastien Biraud, en Berkeley Lab-forskare som leder arbetet. "Idén för det här projektet är baserad på utvecklingen av ett observationssystem i nivåer."

Forskarna kommer att övervaka och kvantifiera metanutsläpp i flera skalor, från regional till anläggnings- och komponentskala. Detekteringsmetoder inkluderar insamling av luftprover från ett nätverk av fasta torn och flygplan, köra fältkampanjer för att testa ny teknik inklusive lågkostnadssensorer, körning i hela regionen med vägfordon utrustade med en mängd olika utrustning, och mätning av bostads- och kommersiella byggnader.

"Vi kommer att visa staten hur kvantifiering av metanutsläpp kan göras över en komplex region, och förhoppningsvis visa att vårt tillvägagångssätt kan replikeras på ett kostnadseffektivt sätt till andra intresseområden i Kalifornien, såsom San Francisco Bay Area eller Sacramento-regionen, " sa Biraud. "Målet är att designa ett ramverk, visa att det fungerar, och utöka den i hela staten."

Utmaningar med noggrann metanövervakning

Metan klassificeras som en kortlivad klimatförorening eftersom det bara stannar i atmosfären i cirka 10 år, medan koldioxid, den vanligaste antropogena växthusgasen, stannar i atmosfären i cirka 100 år. Kalifornien har mandat att minska sina utsläpp av växthusgaser enligt flera lagar och verkställande order, och den har prioriterat en minskning av kortlivade klimatföroreningar som ett sätt att göra en mer omedelbar positiv inverkan på klimatförändringar och folkhälsa.

Till exempel, Kalifornien antog California Cooling Act förra året som förbjöd vissa fluorkolväten i nya luftkonditionerings- och kylsystem. Och efter 2015 års Aliso Canyon-katastrof, en massiv läcka från en naturgaslagringsanläggning i södra Kalifornien, staten antog en luftförordning som kräver kvartalsvis övervakning av metanutsläpp från olje- och gaskällor, naturgasbehandlingsanläggningar, och annan utrustning som används vid bearbetning och leverans av olja och naturgas.

Det tar också regelbundna inventeringar av Kaliforniens utsläpp av växthusgaser, men många studier, inklusive från Berkeley Lab, har funnit att officiella inventeringar kan underskatta metanutsläppen. Den södra San Joaquin-dalen saknar särskilt tillförlitliga atmosfäriska observationer av metan. I kombination med komplexiteten i denna regions källor, detta leder till betydande osäkerhet i den totala storleken och fördelningen (över rymden, tid, och sektor) av metanutsläpp i regionen.

Mest metanutsläpp från superutsläppare

Det främsta målet för SUMMATION är stora utsläppare. "Metanutsläpp kan vara i form av ett fördelat område med små läckor, som är svår att ta itu med, eller från en stor supersändare, som är lågt hängande frukt, " sa Biraud. "En statlig metanundersökning ledd av NASA Jet Propulsion Laboratory från 2015 till 2017 visade att 80 % av metanutsläppen i Kalifornien kommer från 25 % av källorna; i vissa fall, så få som 1 % av källorna bidrar med mer än hälften av utsläppen. En supersändare kan vara ett mejeri, det kan vara en deponi som inte är väl underhållen, eller det kan vara en läckande naturgaskompressorstation."

Att ha flera insamlingsmetoder, inklusive kontinuerliga och frekventa fältkampanjer, kommer att förbättra upptäckt och övervakning. "Många källor är inte persistenta - de kan vara på i några månader, sedan av, " sa Biraud. "Om du bara gör undersökningar en eller två gånger om året, du fiskar. Du kanske ser en källa, du kanske inte. Med ett ihållande nätverk av torn, du tar upp arten av intermittenta källor."

SUMMATION-teamet kommer att använda spårämnen för att tillskriva källan till metan. Till exempel, vissa alkaner (som etan) finns i metan från olje- och gasverksamhet men inte i metan från mejeriverksamhet.

En nyckelkomponent i projektet är att utvärdera lågkostnadsmetansensorer. "Det är ny teknik som växer fram, " sa Biraud. "Vi kommer att bjuda in företag att delta, distribuera sedan några av dem under en ettårsperiod."

Med observationer och dataanalys från det skiktade observationssystemramverket som utvecklats i Kern County, Berkeley Labs forskare kommer att utföra en ekonomisk analys, tittar på kostnadseffektiva sätt att använda vissa av dessa tekniker för att ta itu med vissa frågor i andra delar av staten.

En annan viktig aspekt av projektet inkluderar intressenter och samhällsengagemang. "Vi kommer att nå ut till missgynnade samhällen, både för att utbilda dem om metanutsläpp och också för att höra om deras oro för att informera utvecklingen av framtida mätsystem, " sa Biraud. "Dessa samhällen påverkas oproportionerligt mycket av metan och VOC [flyktiga organiska föreningar]."