Un nuovo studio offre risposte a domande che hanno lasciato perplessi i politici, ricercatori e agenzie di regolamentazione attraverso decenni di indagini e scienza in evoluzione:quanto metano totale, un gas serra, viene emesso dalle operazioni di gas naturale negli Stati Uniti? E perché avere metodi di stima diversi, applicato in vari bacini petroliferi e di gas degli Stati Uniti, sembrava non essere d'accordo?

Lo studio condotto dalla Colorado State University, pubblicato il 29 ottobre in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , derivato da un grande, campagna multi-istituzionale sul campo denominata Basin Methane Reconciliation Study. I ricercatori hanno scoperto che i rilasci episodici di metano che si verificano principalmente durante le operazioni di manutenzione diurne, in alcune strutture in un dato giorno, può spiegare perché le contabilizzazioni delle emissioni totali non sono state concordate nelle analisi precedenti.

Con la preziosa assistenza dei partner del settore, i ricercatori hanno notevolmente avanzato metodi di quantificazione delle emissioni a livello di bacino e hanno gettato nuova luce su importanti processi di emissione.

"Il nostro studio è il primo del suo genere, nella sua portata e approccio, " ha detto Dan Zimmerle, autore senior del PNAS studio, e un ricercatore associato senior presso il CSU Energy Institute. "Ha utilizzato misurazioni simultanee a terra e in aereo e dati sulle operazioni in loco, e di conseguenza riduce le incertezze degli studi precedenti."

Il Basin Methane Reconciliation Study ha incluso scienziati della CSU, Scuola di miniere del Colorado, Università del Colorado Boulder, l'Amministrazione nazionale oceanica e atmosferica, e il Laboratorio Nazionale delle Energie Rinnovabili. Altri partner scientifici sono stati l'Università del Wyoming, aerodinamica, AECOM, Aviazione scientifica e GHD. La campagna sul campo si è svolta nel 2015 nel giacimento di gas di scisto di Fayetteville nell'Arkoma Basin dell'Arkansas.

Sforzo coordinato

La campagna ha coinvolto più di 60 ricercatori che hanno effettuato misurazioni coordinate a livello di impianto e dispositivo delle principali fonti di emissioni di gas naturale. La campagna includeva anche una serie di sorvoli aerei per raccogliere misurazioni durante lo stesso periodo in cui i ricercatori stavano effettuando misurazioni a terra. I voli hanno avuto luogo quando le condizioni meteorologiche consentivano stime accurate delle emissioni regionali.

Il team di ricerca ha deciso di indagare sul divario persistente tra due metodi ampiamente utilizzati per stimare le emissioni di metano dalle operazioni di gas naturale. Stime "dal basso verso l'alto", come quelli utilizzati nell'inventario EPA delle emissioni e dei lavelli di gas serra degli Stati Uniti, sono sviluppati misurando le emissioni di un campione rappresentativo di dispositivi, scalato dal numero di dispositivi o eventi di emissione. In contrasto, le misurazioni "top-down" possono essere eseguite su scala regionale, come far volare un aereo sopravento e sottovento di un'area di studio per ricavare le emissioni totali dal metano in entrata o in uscita da un bacino.

Nel passato, la maggior parte degli aerei, le stime delle emissioni su scala di bacino sono state statisticamente superiori alle stime basate sulla contabilità bottom-up.

"La chiave dei nostri sforzi è stata avere tutti nello stesso campo, allo stesso tempo, " disse Gabrielle Petron, uno scienziato ricercatore del CIRES presso CU Boulder e NOAA che era il ricercatore principale per il team di misurazione top-down. "Confrontando i meriti e le insidie ​​di molteplici metodi di misurazione, siamo stati in grado di dipingere un quadro molto più completo, e crediamo preciso, quadro del panorama delle emissioni di metano per le infrastrutture del gas naturale."

I documenti preliminari valutano più metodi

Il documento PNAS ha utilizzato una serie completa di risultati pubblicati in documenti preliminari che valutano le emissioni degli impianti di gas naturale, compresi i rilievi del pozzo, stazioni di raccolta, condutture di raccolta, e dei settori della trasmissione e della distribuzione. I team hanno effettuato misurazioni simultanee utilizzando più metodi presso i pozzi e le stazioni di compressione, le maggiori fonti di emissioni identificate nel bacino, che hanno evidenziato i punti di forza e di debolezza dei vari metodi in loco e sottovento. I sistemi di distribuzione del gas naturale erano solo una piccola frazione delle emissioni totali di gas naturale. Il team ha anche stimato le emissioni di metano da fonti biogeniche, come l'agricoltura e le discariche.

La totalità di questi sforzi di ricerca è culminata nel documento PNAS guidato dalla CSU che ha sintetizzato tutti i dati raccolti dai team di ricerca. Questo documento chiave di volta ha confrontato una stima dal basso verso l'alto che ha tenuto conto della posizione e dei tempi delle emissioni, con una stima dall'alto verso il basso sviluppata tramite la misurazione degli aerei, un'analisi che non era mai stata fatta prima. Una delle intuizioni chiave dello studio è stata l'importanza di comprendere i tempi delle misurazioni e delle attività di manutenzione diurna, il che probabilmente spiega il divario persistente tra le precedenti stime top-down e bottom-up.

Brevi periodi di elevate emissioni

Le attività di manutenzione ordinaria avvengono durante il giorno e possono causare brevi periodi di elevate emissioni nelle ore centrali della giornata. Una di queste attività è denominata "scarico manuale liquidi, " che rimuove l'accumulo di liquidi in un pozzo di gas naturale al fine di ripristinare i flussi di produzione di gas. Il processo di scarico può deviare temporaneamente il flusso di gas naturale dal pozzo a uno sfiato atmosferico.

Queste attività si svolgono in genere durante il giorno, più o meno nello stesso periodo un aereo da ricerca stava effettuando misurazioni. Questa variabilità diurna delle emissioni di metano, i ricercatori hanno concluso, può aiutare a spiegare perché le stime delle misurazioni dei velivoli sono state precedentemente superiori alle stime basate sugli inventari annuali bottom-up.

In questo studio, per la prima volta, i ricercatori hanno dimostrato che la variazione da est a ovest delle emissioni di metano nel bacino, derivato da misurazioni aeronautiche, sono stati riprodotti ad alta risoluzione, modello di emissioni dal basso verso l'alto sviluppato dal team CSU.

Partenariati industriali e finanziamenti pubblici/privati

La collaborazione con esperti tecnici del settore ha fornito al team di studio un prezioso accesso completo al sito per misurazioni dal basso verso l'alto e dati operativi risolti orari e spaziali. I dati hanno migliorato la comprensione dell'entità e dei tempi delle emissioni, in particolare per eventi episodici come le operazioni di manutenzione.

"Quello che abbiamo scoperto è che abbiamo due buoni metodi di misurazione. Se vuoi confrontarli, devi tenere conto dei tempi e della posizione delle emissioni, ", ha affermato l'autore principale della PNAS Tim Vaughn, un ricercatore CSU.

Non è nota l'applicabilità di questi risultati ad altri bacini produttivi, dicono i ricercatori, senza capire i tempi delle emissioni in quegli altri bacini.