Råoljeproduktion och naturgasuttag i USA har minskat landets beroende av utländsk olja och gett finansiell lättnad till amerikanska konsumenter, men har också tagit upp långvariga farhågor om miljöskador, såsom grundvattenförorening.

En forskare vid Syracuse Universitys College of Arts and Sciences, och ett team av forskare från Penn State, har utvecklat en ny maskininlärningsteknik för att holistiskt bedöma vattenkvalitetsdata för att upptäcka grundvattenprover som sannolikt har påverkats av det senaste metanläckaget under olje- och gasproduktion. Med den modellen, teamet drog slutsatsen att okonventionella borrmetoder som hydraulisk sprickning – eller hydrofracking – inte nödvändigtvis medför fler miljöproblem än konventionell olje- och gasborrning.

De två vanliga sätten att utvinna olja och gas i USA är genom konventionella och okonventionella metoder. Konventionell olja och gas pumpas från lättillgängliga källor med naturligt tryck. Omvänt, okonventionell olja och gas hämtas från svåråtkomliga källor genom en kombination av horisontell borrning och hydraulisk sprickbildning. Hydrofracking utvinner naturgas, petroleum och saltlake från berggrundsformationer genom att injicera en blandning av sand, kemikalier och vatten. Genom att borra i jorden och styra högtrycksblandningen i berg, gasen inuti släpper ut och rinner ut till huvudet på en brunn.

Tao Wen, biträdande professor i geo- och miljövetenskap (EES) vid Syracuse, ledde nyligen en studie som jämförde data från olika stater för att se vilken metod som kan leda till större förorening av grundvattnet. De testade specifikt nivåer av metan, som är den primära komponenten i naturgas.

Teamet valde ut fyra amerikanska stater belägna i viktiga skifferzoner att rikta in sig på för sin studie:Pennsylvania, Colorado, Texas och New York. En av dessa stater – New York – förbjöd utövandet av hydrofracking 2015 efter en granskning av NYS Department of Health som fann betydande osäkerheter om hälsa, inklusive ökade vatten- och luftföroreningar.

Wen och hans kollegor sammanställde en stor grundvattenkemidatauppsättning från flera källor inklusive rapporter från federala myndigheter, tidskriftsartiklar, och olje- och gasbolag. Majoriteten av testade vattenprover i deras studie samlades in från hushållsvattenbrunnar. Även om metan i sig inte är giftigt, Wen säger att metanförorening som upptäcks i grunt grundvatten kan utgöra en risk för den aktuella husägaren eftersom det kan utgöra en explosionsrisk, kan öka halten av andra giftiga kemiska arter som mangan och arsenik, och skulle bidra till den globala uppvärmningen eftersom metan är en växthusgas.

Deras modell använde sofistikerade algoritmer för att analysera nästan alla bevarade geokemidata för att förutsäga om ett givet grundvattenprov påverkades negativt av de senaste olje- och gasborrningarna.

Datajämförelsen visade att fall av metanföroreningar i New York - en stat utan okonventionell borrning men med en hög volym konventionell borrning - liknade den i Pennsylvania - en stat med en hög volym av okonventionell borrning. Wen säger att detta tyder på att okonventionella borrmetoder som fracking inte nödvändigtvis leder till fler miljöproblem än konventionell borrning, även om detta resultat alternativt kan förklaras av de olika storlekarna av grundvattenkemidatauppsättningar som sammanställts för dessa två tillstånd.

Modellen upptäckte också en högre andel metanföroreningar i Pennsylvania än i Colorado och Texas. Wen säger att denna skillnad kan tillskrivas olika metoder när borrare bygger/borrar olje- och gaskällor i olika delstater. Enligt tidigare forskning, det mesta av metanet som släpps ut i miljön från gasbrunnar i USA uppstår på grund av att cementen som tätar brunnen inte är färdig längs hela produktionshöljet. Dock, Det finns inga data för att dra slutsatser om borrare i dessa tre stater använder olika teknik. Wen säger att detta kräver ytterligare studier och granskning av borrdata om de blir tillgängliga.

Enligt Wen, deras maskininlärningsmodell visade sig vara effektiv för att upptäcka grundvattenföroreningar, och genom att tillämpa det på andra stater/län med pågående eller planerad olje- och gasproduktion kommer det att vara en viktig resurs för att bestämma de säkraste metoderna för gas- och oljeborrning.

Wen och hans kollegor fick nyligen sina resultat publicerade i tidskriften Vattenforskning .