På lastbilar, drönare och flygplan, 10 lovande tekniker för att snabbt och billigt hitta naturgasläckor tävlade i Mobile Monitoring Challenge, den första oberoende bedömningen av rörliga gasläckagedetektorer vid brunnsplatser. Arrangörerna av tävlingen – Stanford Universitys Natural Gas Initiative och Environmental Defense Fund – beskriver resultaten i en studie publicerad 10 september i Elementa av University of California Press.

Även om det faktureras som en "utmaning, "arrangörerna hade inte för avsikt att utse en vinnare, eftersom teknikerna fokuserade på olika aspekter av läckagedetektering, som exakt plats eller storlek på läckan. Medan tekniken fortfarande är under utveckling, övergripande, de hittade alla gasläckor ganska bra.

Läckor i produktionen, bearbetning och transport av naturgas släpper ut metan – huvudbeståndsdelen i naturgas – till atmosfären. En växthusgas, Metan är 36 gånger mer potent än koldioxid. 2016, U.S. Environmental Protection Agency flyttade för att minska metanutsläppen inom naturgasindustrin, vilket sporrade utvecklingen av snabbare, billigare detektionstekniker. I slutet av förra månaden, dock, EPA flyttade för att återställa dessa metanbestämmelser.

"Teknikerna är generellt effektiva för att upptäcka läckor, och kan fungera som en första försvarslinje, sade Adam Brandt, en docent i energiresursteknik och seniorförfattaren till studien. "Gassystemoperatörer vill ofta bekräfta läckor med konventionella optiska gasavbildningssystem, men de här mobila teknikerna brukar berätta var du ska leta efter läckor väldigt snabbt."

En besättning på två personer som använder ett konventionellt bildsystem kan besöka fyra till sex brunnsdynor om dagen. Alla mobila teknologier är betydligt snabbare än så, även om deras hastigheter varierar mycket. Planbaserade system fungerar snabbare än lastbilar, som är snabbare än drönare. Eftersom arbetstid är en stor del av upptäcktskostnaden, snabbare upptäckt gör att olje- och gasbolag kan hitta fler läckor samtidigt som de spenderar mindre pengar.

Resultat

Som en del av Mobile Monitoring Challenge, nio företag och ett universitetsforskarlag deltog förra året vid kontrollerade testanläggningar i Fort Collins, Colorado, och nära Sacramento, Kalifornien. Alla tekniker var effektiva för att upptäcka läckor. Åtta av nio upptäckte läckor korrekt 75 procent av tiden. (En teknik hade inte tillräckligt många flygningar för att inkluderas i studiens sammanfattning.) Fem av nio system upptäckte 90 procent eller mer av läckorna, inklusive små utsläpp av en kubikfot gas per timme.

Dock, de flesta av de testade systemen behöver förbättra sin förmåga att kvantifiera storleken på läckorna. Också, teknikerna varierade i deras förmåga att upptäcka den exakta platsen för läckorna, även om detta ofta är designat.

Till exempel, en startups drönarbaserade system upptäckte 100 procent av läckorna och hade inga falska positiva resultat. Ytterligare, den identifierade exakt den läckande utrustningen – snarare än bara brunnsplattan – 84 procent av tiden. Dock, vid kvantifiering av storleken på läckor, systemets uppskattningar var relativt nära bara 36 procent av tiden. För de övriga åtta systemen, med samma relativt strikta åtgärd, kvantifieringsnoggrannheten varierade från 18 till 53 procent.

"Detta är bara det första steget för att visa att dessa tekniker kan bidra till att minska utsläppen på en nivå som motsvarar befintliga metoder, ", sa Brandt. "Testerna kördes våren 2018, och jag är säker på att de flesta – om inte alla – av dessa teknologier har förbättrats sedan dess."

Ytterligare framsteg kan vara i fara, dock.

"Det senaste U.S. EPA-meddelandet om att rulla tillbaka metanreglerna är inte bara dåligt för miljön, men också berövar olje- och gassamhällen högbetalda, lokala jobb som dessa innovativa teknikföretag skulle kunna skapa. Att rulla tillbaka reglerna kan strypa utvecklingen av dessa tekniker, sa Arvind Ravikumar, huvudförfattare till studien. Ravikumar var postdoktor vid Stanford vid tidpunkten för projektet och är nu biträdande professor vid Harrisburg University of Science &Technology.

En bedömning som denna kan hjälpa tillsynsmyndigheter att bättre förstå dessa system och ge en möjlig väg till storskalig användning för efterlevnadsändamål, sa forskarna. Studien undersökte att hitta läckor vid produktionsutrustning som kan hittas i ett gasfält, inte på att hitta underjordiska läckor som kan uppstå från rör i städer.

Design för olika användningsområden

Mobile Monitoring Challenge var inte en direkt tävling eftersom de testade teknikerna är designade för att åstadkomma olika saker.

"Ingen enskild teknik kan uppfylla alla krav för läckagedetektering och kvantifiering över hela naturgasförsörjningskedjan, ", sa Ravikumar. "Nyckeln till storskalig implementering är att matcha styrkan hos varje teknik, som hastighet, noggrannhet och kostnad, med rätt läckagedetektionsapplikation. Det som fungerar för en komplex bearbetningsanläggning kanske inte fungerar för långdistansöverföringsledningar."

Vissa deltagares system fokuserar bara på att identifiera läckor som kommer från ett kluster av utrustning, som kan inkludera ett brunnshuvud, en separator och en tank, till exempel. I sådana fall, Operatörer skulle använda optiska gasavbildningssystem eller liknande teknik för att identifiera den specifika källan till läckan innan de påbörjar reparationer.

Liknande, två av de testade teknikerna är designade för att snabbt hitta stora läckor, snarare än alla läckor. Mer än hälften av den metan som går förlorad vid produktion och bearbetning av naturgas kommer från bara 5 procent av läckorna. Att hitta och fixa dessa "superutsläpp" är avgörande för att minska metanutsläppen.

Även utan strikta regler, naturgasbolag skulle kunna minska utsläppen frivilligt. Billiga detektorer i kombination med fokuserad användning av optiska gasavbildningssystem skulle kunna betala sig själva genom att minska förlusterna av företagets produkt. Detta gäller särskilt i delar av världen där naturgaspriserna är högre än i Nordamerika.