I risultati, pubblicati sulla rivista Science of the Total Environment , ha rivelato che il metano inizia a diffondersi dalla formazione di scisto dopo che un pozzo è stato smantellato e che ciò rappresenta una notevole fonte di emissioni di metano, paragonabile alle emissioni più significative durante la perforazione e il funzionamento del pozzo.

"Il gas naturale è un'importante risorsa energetica che ha aiutato gli Stati Uniti a ridurre le emissioni di anidride carbonica, ma comprendiamo anche che il metano può essere un potenziale pericolo", ha affermato Shimin Liu, professore di ingegneria energetica e mineraria alla Penn State e coautore dello studio. lo studio. "Questo lavoro ci fornisce un modo proattivo per capire cosa sta succedendo nel sottosuolo."

Le formazioni di scisto hanno una bassa permeabilità, il che significa che il gas non si muove facilmente attraverso la roccia. Gli operatori perforano per migliaia di piedi, più di un miglio, per raggiungere lo scisto e poi perforano altre migliaia di piedi in orizzontale attraverso la formazione. Pompano una miscela di liquido e sabbia ad alta pressione nello scisto per aprire minuscole fratture e consentire al gas di fuoriuscire dalla roccia.

Ma questo potrebbe recuperare solo una frazione – circa il 20% o meno – della risorsa totale di gas naturale. Il resto rimane intrappolato all'interno di piccoli pori e la mancanza di un sistema di pori interconnessi significa che il gas non scorre facilmente attraverso lo scisto.

Analizzando i campioni di scisto, gli scienziati sono stati in grado di creare un modello matematico per prevedere il flusso, o movimento, del metano che rimane nella formazione in base alla struttura dei pori. Chiamato modello di trasporto del gas unificato, lo strumento integra il modo in cui tutti i gas nello scisto si muovono e la struttura dello scisto per prevedere il comportamento del flusso di metano. Il team ha convalidato il proprio modello confrontandolo con esperimenti con lo scisto Marcellus condotti su apparecchiature specializzate nel laboratorio di Liu alla Penn State.

"Ciò che l'industria può imparare è avere a disposizione trivellazioni o campioni di scisto e poter calcolare il flusso di emissioni di metano in base alle informazioni sui campioni", ha affermato Yun Yang, autrice principale dello studio che ha condotto la ricerca mentre completava il suo dottorato. alla Penn State e come ricercatore post-dottorato presso l'Università di Calgary, che ora è ricercatore post-dottorato presso il Los Alamos National Laboratory. "Possono usarlo come guida per vedere quanto potenziale c'è di perdita di metano dopo che un pozzo è stato abbandonato."

Le emissioni di metano hanno un potenziale di riscaldamento globale più forte rispetto al biossido di carbonio e mitigare le emissioni è una priorità per gli Stati Uniti e i suoi partner internazionali attraverso iniziative come la Global Manthrop Initiative, hanno affermato gli scienziati.

Ciò potrebbe rivelarsi particolarmente importante in aree come la Pennsylvania, dove dall'inizio del boom dello shale gas Marcellus nel 2005 sono stati perforati più di 20.000 pozzi di shale gas.

"Uno dei problemi principali è che la perdita di metano ha un potenziale di riscaldamento globale più elevato rispetto al biossido di carbonio", ha affermato Haoming Ma, ricercatore post-dottorato presso l'Università del Texas ad Austin e coautore dello studio. Ma ha condotto il lavoro mentre era ricercatore associato presso l'Università di Calgary. "Gli Stati Uniti e altri paesi si sono impegnati a ridurre le emissioni globali di metano di circa il 30% entro il 2030, evidenziando l'urgenza di una mitigazione."

Poiché il metano si diffonde lentamente dallo scisto, gli scienziati hanno affermato che i requisiti normativi dovrebbero essere implementati per fornire un monitoraggio a lungo termine delle emissioni di metano dai pozzi di gas di scisto abbandonati.

I ricercatori hanno scoperto che quando un pozzo cessa la produzione e la pressione all’interno del giacimento diminuisce, la diffusione del metano attraverso il complesso sistema microporoso delle matrici di scisto aumenta. La diffusione è un processo più lento e contribuisce a un flusso duraturo di metano dalla formazione verso il pozzo abbandonato, hanno detto gli scienziati.

Secondo i ricercatori, le emissioni di metano derivanti dalla diffusione sono paragonabili alle emissioni del fluido di riflusso, il liquido e la sabbia iniettati nel terreno durante il fracking che ritorna in superficie.

Studi precedenti si erano concentrati sulla valutazione delle emissioni rilasciate dal fracking, dal completamento e dal funzionamento dei pozzi, ma comprendere il potenziale delle emissioni dopo che non sono più attivi è un importante pezzo mancante, hanno affermato gli scienziati.

"In questo lavoro, abbiamo scoperto che dopo che un pozzo è stato smantellato, se non si implementano tecniche di chiusura adeguate, se si lascia il pozzo aperto in superficie, le emissioni di metano si accumuleranno nel tempo", ha detto Yang. "E se aspetti un tempo sufficiente, il flusso di emissioni sarà lo stesso delle emissioni osservate dalle operazioni di flusso."

Poiché nello studio la diffusione aumenta man mano che la pressione del giacimento diminuisce, mantenere tale pressione anche dopo che un pozzo smette di produrre potrebbe essere una strategia efficace per ridurre il potenziale di emissione di metano dai pozzi di gas di scisto abbandonati, hanno affermato gli scienziati.