En ny MIT-studie undersöker naturgasens motsatta roller i kampen mot klimatförändringarna – som en bro mot en framtid med lägre utsläpp, men också en bidragande orsak till utsläppen av växthusgaser.

Naturgas, som mestadels är metan, ses som ett betydelsefullt "brobränsle" för att hjälpa världen att komma bort från utsläppen av växthusgaser från fossila bränslen, eftersom förbränning av naturgas för el producerar ungefär hälften så mycket koldioxid som förbränning av kol. Men metan är i sig en potent växthusgas, och det läcker för närvarande från produktionsbrunnar, lagringstankar, rörledningar, och stadsdistributionsledningar för naturgas. Ökar användningen, som en strategi för att minska koldioxidutsläppen i elförsörjningen, kommer också att öka potentialen för sådana "flyktiga" metanutsläpp, även om det råder stor osäkerhet om hur mycket man kan förvänta sig. Nyligen genomförda studier har dokumenterat svårigheten att ens mäta dagens utsläppsnivåer.

Denna osäkerhet bidrar till svårigheten att bedöma naturgasens roll som en bro till ett energisystem utan koldioxidutsläpp, och att veta när man ska övergå från det. Men strategiska val måste göras nu om man ska investera i naturgasinfrastruktur. Detta inspirerade MIT -forskare att kvantifiera tidslinjer för sanering av naturgasinfrastruktur i USA eller påskynda ett skifte från det, samtidigt som man inser osäkerheten om flyktiga metanutsläpp.

Studien visar att för att naturgas ska vara en viktig del av landets ansträngningar att nå målen för minskning av växthusgaser under det kommande decenniet, nuvarande metoder för att kontrollera metanläckage måste förbättras med mellan 30 och 90 procent. Med tanke på nuvarande svårigheter med att övervaka metan, att uppnå dessa minskningsnivåer kan vara en utmaning. Metan är en värdefull vara, och därför företag som producerar, lagring, och distribuera den har redan ett visst incitament att minimera förlusterna. Dock, trots detta, även avsiktlig naturgasventilation och fackling (avger koldioxid) fortsätter.

Studien finner också policyer som gynnar att gå direkt till kolfria kraftkällor, som vind, sol, och kärnkraft, skulle kunna uppfylla utsläppsmålen utan att kräva sådana förbättringar för att minska läckage, även om naturgasanvändningen fortfarande skulle vara en betydande del av energimixen.

Forskarna jämförde flera olika scenarier för att begränsa metan från elproduktionssystemet för att nå målet för 2030 om en minskning av koldioxidekvivalenta utsläpp med 32 procent jämfört med 2005-nivåerna, vilket är förenligt med tidigare amerikanska åtaganden för att mildra klimatförändringarna. Resultaten visas idag i tidskriften Environmental Research Letters, i en artikel av MIT postdoc Magdalena Klemun och docent Jessika Trancik.

Metan är en mycket starkare växthusgas än koldioxid, även om hur mycket mer beror på vilken tidsram du väljer att titta på. Även om metanfällor värmer mycket mer, det varar inte så länge när det väl är i atmosfären – i årtionden, inte århundraden. I genomsnitt över en 100-årig tidslinje, vilket är den jämförelse som används mest, Metan är cirka 25 gånger starkare än koldioxid. Men i genomsnitt över en 20-årsperiod, den är 86 gånger starkare.

De faktiska läckagehastigheterna i samband med användningen av metan är vitt spridda, mycket varierande, och väldigt svårt att sätta fingret på. Med hjälp av figurer från en mängd olika källor, forskarna fann att det totala intervallet var någonstans mellan 1,5 procent och 4,9 procent av mängden gas som produceras och distribueras. En del av detta händer precis vid brunnarna, en del inträffar under bearbetning och från lagringstankar, och en del är från distributionssystemet. Således, en mängd olika typer av övervakningssystem och begränsande åtgärder kan behövas för att hantera de olika förhållandena.

"Flygande utsläpp kan fly hela vägen från där naturgas utvinns och produceras, hela vägen till slutanvändaren, " säger Trancik. "Det är svårt och dyrt att övervaka det på vägen."

Det i sig utgör en utmaning. "En viktig sak att tänka på när man tänker på växthusgaser, " hon säger, "är att svårigheten att spåra och mäta metan i sig är en risk." Om forskarna är osäkra på hur mycket det finns och var det finns, Det är svårt för beslutsfattare att formulera effektiva strategier för att mildra det. Den här studiens tillvägagångssätt är att omfamna osäkerheten istället för att hindras av den, Trancik säger:Osäkerheten i sig bör informera nuvarande strategier, författarna säger, genom att motivera investeringar i läckagedetektering för att minska osäkerheten, eller en snabbare övergång bort från naturgas.

"Utsläppsnivåer för samma typ av utrustning, samma år, kan variera kraftigt, " tillägger Klemun. "Det kan variera beroende på vilken tid på dygnet du mäter det, eller vilken tid på året. Det finns många faktorer. "

Mycket uppmärksamhet har fokuserats på så kallade "superutsändare, " men även dessa kan vara svåra att spåra. "I många datamängder, en liten del av punktkällorna bidrar oproportionerligt mycket till de totala utsläppen, " säger Klemun. "Om det vore lätt att förutsäga var dessa inträffar, och om vi bättre förstått varför, detektions- och reparationsprogram kan bli mer målinriktade." Men för att uppnå detta krävs ytterligare data med hög rumslig upplösning, som täcker stora områden och många segment av försörjningskedjan, hon säger.

Forskarna tittade på hela skalan av osäkerheter, från hur mycket metan som läcker ut till hur man karakteriserar dess klimatpåverkan, under en mängd olika scenarier. Ett tillvägagångssätt lägger stor vikt vid att ersätta koleldade anläggningar med naturgas, till exempel; andra ökar investeringarna i koldioxidfria källor samtidigt som naturgasen fortfarande spelar en roll.

I det första tillvägagångssättet, metanutsläpp från den amerikanska kraftsektorn skulle behöva minskas med 30 till 90 procent från dagens nivåer till 2030, tillsammans med en minskning av koldioxid med 20 procent. Alternativt, det målet skulle kunna uppnås genom ännu större koldioxidminskningar, till exempel genom snabbare utbyggnad av koldioxidsnål el, utan att kräva några minskningar av naturgasläckage. Den högre delen av de publicerade intervallen återspeglar större betoning på metans kortsiktiga uppvärmningsbidrag.

En fråga som väckts av studien är hur mycket man ska investera i att utveckla teknik och infrastruktur för att säkert utöka naturgasanvändningen, med tanke på svårigheterna att mäta och minska metanutsläpp, och med tanke på att praktiskt taget alla scenarier för att uppfylla målen för minskning av växthusgaser kräver slutligen att fasa ut naturgas som inte inkluderar koldioxidavskiljning och lagring i mitten av århundradet. "En viss mängd investeringar är förmodligen vettiga för att förbättra och använda nuvarande infrastruktur, men om du är intresserad av riktigt djupa minskningsmål, våra resultat gör det svårare att argumentera för den expansionen just nu, " säger Trankik.

Den detaljerade analysen i denna studie bör ge vägledning för lokala och regionala tillsynsmyndigheter samt beslutsfattare ända till federala myndigheter, de säger. Insikterna gäller även andra ekonomier som är beroende av naturgas. De bästa valen och exakta tidslinjer kommer sannolikt att variera beroende på lokala omständigheter, men studien ramar in frågan genom att undersöka en mängd olika möjligheter som inkluderar extremerna i båda riktningarna – det vill säga, att investera mest i att förbättra naturgasinfrastrukturen samtidigt som den utökar dess användning, eller påskynda en flytt bort från den.