Brunnar som utvinner naturgas från underjorden läcker ofta stora mängder metan, en kraftfull växthusgas, i luften. Ett team av forskare vid Princeton University har funnit att i en av de största gasproducerande regionerna, de flesta av dessa utsläpp kommer från en liten delmängd av brunnarna, ett fynd med stora konsekvenser för hur man kontrollerar problemet.

Forskare under ledning av Mark Zondlo, docent i civil- och miljöteknik, tillbringade två år vid provtagning av utsläpp från Marcellus -skiffer, ett bassäng som sträcker sig från West Virginia till New York State. I forskning publicerad i tidskriften Miljövetenskap och teknik , författarna rapporterade att 10 procent av brunnarna står för mer än tre fjärdedelar av gas som läckt ut i atmosfären som en biprodukt av extraktion. Det har motsvarande växthusgaseffekt av att lägga till 500, 000 bilar, eller cirka 2 procent av den amerikanska bilmarknaden, till vägen.

Detta fynd, dock, kan ha ett silverfoder för att mildra miljöpåverkan, Zondlo sa, eftersom fixering av ett relativt litet antal av dessa "överstrålande" brunnar kan leda till en kraftig minskning av utsläppen. Han varnade för att det inte alltid är lätt att identifiera de läckaste brunnarna, delvis eftersom brunnutsläpp kan förändras över tid.

Forskarna sa att utsläppen kan bero på en mängd olika metoder, inklusive avsiktlig öppning av ventiler för att avlasta trycket vid brunnar, eller från ventiler som oavsiktligt har fastnat. Tidigare studier har tittat på små prover av brunnar i Texas och West Virginia och nått liknande slutsatser om effekterna av "superemitters". Den nya forskningen är den första som tittar på operationer över det mest produktiva skifferbassängen i USA och representerar det största totala antalet brunnar som mäts.

Tillsammans med Zondlo, som är tidigare associerad direktör för externa partnerskap vid Andlinger Center for Energy and the Environment, huvudforskare i teamet inkluderar Elie Bou-Zeid, professor i civil- och miljöteknik, och Jeffrey Fitts, tidigare forskare vid institutionen för civil- och miljöteknik och tidigare forsknings- och utvecklingsstrateg vid Andlinger Center. Dana Caulton, en tidigare postdoktor i Zondlos laboratorium, ledde fältprovet.

Lasrarna som Zondlo och teamet använder i det mobila laboratoriet, Princeton Atmospheric Chemistry Experiment, mäta koncentrationen av metan i luften genom att skjuta en exakt våglängd av ljus genom luften och se hur mycket ljus som absorberas av gaserna i luften, specifikt med metan. Med denna teknik, forskarna kunde urskilja mängden metan i luften och beräkna en utsläppshastighet kopplad till brunnen.

Resultaten visar en väg mot att så småningom begränsa koldioxidföroreningar från gasutvinning, Zondlo sa. En bättre förståelse för varför och hur vissa brunnar läcker mer än andra kan informera "praktiska vägar för att mildra, " han sa.

Naturgas består mestadels av metan, som är bland de mest potenta växthusgaserna och cirka 30 gånger bättre kan fånga värme än koldioxid, påskynda den globala uppvärmningen. Naturgas är en viktig del av bränsleblandningen i USA, står för cirka 35 procent av elproduktionen och uppvärmning av cirka 60 miljoner amerikanska bostäder varje år. Även i de mest effektiva operationerna, något läckage förväntas. Men Zondlo sa att de nya fynden visar möjligheten att kraftigt minska industrins miljöpåverkan.

För närvarande, gasföretag brukar leta efter läckor med hjälp av infraröda bildkameror, som identifierar läckaget genom att "se" metan, men den här tekniken är inte tillräckligt känslig för att fånga de flesta läckor om inte kameran ligger nästan ovanpå själva läckageplatsen. Infraröda bildkameror är därför inte bra undersökningsverktyg för att skärma en bred webbplats, de ger inte heller kvantitativa uppgifter om hur mycket metan som släpps ut.

Trots att superemitters kan variera i tid, beroende på om utsläppen kommer från en engångsventil eller ett pågående problem, som en läckande fläns, Zondlo sa att den metod som forskargruppen använde kunde hjälpa till att fånga upp utsläppsfördelningen över tid.

Zondlo -uppskattningar med hjälp av lasrar kan först öka övervakningskostnaderna, men han sa att gasföretagen skulle få tillbaka mycket av det genom att återställa förlorad produkt. Om den är ordentligt utrustad, servicebilar som arbetar på brunnarna kan ge en väg för att effektivt övervaka utsläpp i kombination med vanliga vindhastighets- och riktningsprognoser, han sa.

"Om rutinmässiga servicebilar var utrustade med metansensorer, det kan flagga brunnskivor där metanhalterna översteg tidigare besök och identifiera de mest problematiska, "Sa Zondlo.

Han sa att hans teknik och många andra lovande tekniker finns, och nu är det en fråga att skala teknikerna och implementera dem på fältet. De flesta lasrar som används i hans mobila laboratorium är skräddarsydda och dyra att bygga, men Zondlo sa att han arbetar med att producera lasrarna med mer vanligt material, såsom lysdioder.

Adam Brandt, docent i energiresursteknik vid Stanford University som inte är ansluten till studien, sade forskningen "tyder på att hitta och fixa dessa små antal" superemitters "kan vara ett kostnadseffektivt sätt att drastiskt minska utsläppen av växthusgaser från gasproduktion."

David Lyon, en forskare vid Environmental Defense Fund som har arbetat med tidigare metanutsläppsbedömningar, sade "resultaten från denna studie förstärker det brådskande behovet av att minska metanläckage från Pennsylvania befintliga okonventionella gasbrunnar-dessa läckor representerar 70 miljoner dollar i bortkastade naturgasresurser och har en kortsiktig klimatpåverkan motsvarande den för nio koleldade kraftverk . "

Nästa steg för forskarna är att se vad dessa superemitters har gemensamt. Zondlo planerar att studera egenskaperna hos brunnarna, såsom produktionstakten, utrustningens ålder och storlek för operatören för att se när och varför sajter blir stora sändare i hopp om att informera begränsningsstrategier.