Nghiên cứu do Stanford dẫn đầu cho thấy lượng khí thải mêtan từ phần lớn các cơ sở dầu khí của Hoa Kỳ trung bình cao hơn ba lần so với mức dự đoán theo ước tính chính thức của chính phủ.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hai phương pháp khác nhau nhưng bổ sung cho nhau để đo lượng khí thải mêtan từ các cơ sở cụ thể thông qua các cảm biến gắn trên máy bay. (Tín dụng hình ảnh: Carbon Mapper)
Theo nghiên cứu do Stanford dẫn đầu được công bố ngày 13 tháng 3 trên tạp chí Nature, các hoạt động khai thác dầu khí trên khắp Hoa Kỳ đang thải ra hơn 6 triệu tấn khí mêtan mỗi năm, thành phần chính của khí đốt tự nhiên và là loại khí nhà kính dồi dào nhất sau carbon dioxide .
Những lượng khí thải này, xuất phát từ cả lỗ thông hơi có chủ ý và rò rỉ vô ý, gây thiệt hại tới 1 tỷ USD giá trị thương mại cho các nhà sản xuất năng lượng. Chi phí hàng năm tăng lên 10 tỷ USD khi các nhà nghiên cứu tính đến tác hại đối với nền kinh tế và sức khỏe con người do bổ sung lượng khí metan giữ nhiệt này vào bầu khí quyển Trái đất.
Ước tính phát thải và chi phí mới gần gấp ba lần mức dự đoán của chính phủ Hoa Kỳ. Kết quả này dựa trên khoảng 1 triệu phép đo từ trên không đối với các giếng, đường ống, cơ sở lưu trữ và truyền tải của Hoa Kỳ tại sáu khu vực năng suất cao nhất quốc gia, bao gồm Permian và Forth Worth ở Texas và New Mexico; lưu vực San Joaquin của California; lưu vực Denver-Julesburg của Colorado; phần thuộc lưu vực Appalachian của Pennsylvania; và lưu vực Uinta của Utah. Tổng cộng, cơ sở hạ tầng được khảo sát trong nghiên cứu này chiếm 52% sản lượng dầu trên đất liền của Hoa Kỳ và 29% sản lượng khí đốt.
Xu hướng đáng lo ngại
Lượng phát thải ở ba trong số sáu khu vực cao hơn nhiều so với giá trị dự kiến. Phần New Mexico của Lưu vực Permian cho đến nay là nơi có lượng phát thải cao nhất, với gần 10% tổng lượng khí mê-tan được tạo ra trong năm 2019 đi thẳng vào khí quyển. Tuy nhiên, khảo sát ở một số khu vực khác cho thấy tỷ lệ phát thải thấp hơn nhiều so với ước tính của Kho khí nhà kính EPA của Hoa Kỳ dựa trên mức trung bình quốc gia, cho thấy rằng các biện pháp thực hành tốt có thể giảm lượng khí thải.
Tác giả nghiên cứu cấp cao Adam Brandt, phó giáo sư Khoa học & Kỹ thuật Năng lượng tại Trường Stanford Doerr, cho biết: “Bỏ chi phí sang một bên, thông điệp chính ở đây là một số khu vực cho thấy lượng khí thải ở mức cao hơn nhiều so với mức mà chính phủ sử dụng để ước tính lượng khí mêtan thất thoát”. Sự bền vững. “Chúng tôi hy vọng điều này sẽ thúc đẩy việc kiểm kê khí mê-tan của chính phủ hướng tới việc kết hợp nhiều hơn dữ liệu viễn thám vào trung tâm của những ước tính đó.”
Khí mê-tan phân hủy nhanh hơn carbon dioxide, nhưng nó mạnh hơn CO2 khoảng 80 lần khi giữ nhiệt trong 20 năm đầu tiên trong bầu khí quyển của chúng ta. Trong khung thời gian đó, thiệt hại về khí hậu do 6 triệu tấn khí thải mêtan hàng năm được tìm thấy trong nghiên cứu này gần tương đương với lượng khí thải carbon cả năm do sử dụng nhiên liệu hóa thạch ở Mexico.
Vì khí mê-tan có thể giữ lại rất nhiều nhiệt trong thời gian ngắn nên việc đánh giá chính xác tình trạng rò rỉ khí mê-tan là chìa khóa để dự đoán tác động của biến đổi khí hậu sẽ xảy ra trong đời chúng ta và xác minh mức giảm phát thải tại thời điểm mà Hoa Kỳ và hơn 100 quốc gia khác đang thực hiện. cam kết cắt giảm lượng khí thải 30% dưới mức năm 2020 vào năm 2030.
Đôi mắt trên bầu trời
Bằng cách chỉ ra rằng rò rỉ khiến ngành công nghiệp tốn hơn một tỷ đô la mỗi năm, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ thu hút được sự chú ý của các nhà sản xuất và thúc đẩy họ tự nguyện ngừng phát thải tại các cơ sở của mình như một biện pháp tiết kiệm chi phí. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cho biết tổng chi phí từ rò rỉ khí mê-tan và lỗ thông hơi ở khu vực nghiên cứu sáu khu vực có thể cao hơn nhiều, vì cuộc khảo sát bao gồm chưa đến một nửa số cơ sở trong khu vực.
Các tác giả nhận thấy ít hơn hai phần trăm nguồn phát thải chịu trách nhiệm cho 50 đến 80% lượng khí thải ở tất cả các khu vực được khảo sát ngoại trừ lưu vực Denver-Julesburg của Colorado và lưu vực Uinta của Utah. Xét về các loại cơ sở sản xuất có nhiều khả năng rò rỉ nhất, nghiên cứu lưu ý rằng cơ sở hạ tầng giữa dòng chịu trách nhiệm cho khoảng một nửa tổng lượng khí thải, cao hơn so với ước tính trước đó. Cơ sở hạ tầng giữa dòng bao gồm các đường ống thu gom và truyền tải, trạm nén và nhà máy xử lý khí đưa khí từ giếng đến các thành phố và thị trấn.
Tác giả chính của nghiên cứu, Evan, cho biết: “Giải quyết thách thức về khí mêtan không hoàn toàn dễ dàng như việc tìm và sửa một số ít điểm rò rỉ, như những con số rõ ràng này có thể gợi ý, nhưng điều đó có nghĩa là những nỗ lực tập trung vào tương đối ít hoạt động có thể mang lại lợi ích đáng kể”. Sherwin, một nhà khoa học nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, người đã thực hiện nghiên cứu này với tư cách là học giả sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Brandt tại Stanford.
“Tất nhiên, việc giảm thiểu biến đổi khí hậu bắt đầu bằng việc theo dõi lượng khí thải tốt hơn nhưng cũng phải theo dõi chính xác các nỗ lực giảm thiểu trong tương lai.”
—Adam Brandt
Phó Giáo sư Khoa học & Kỹ thuật Năng lượng
Vấn đề đo lường
Nghiên cứu đã kết hợp các phép đo trực tiếp trên không với một công cụ mô phỏng khí thải được phát triển trong nhóm Brandt tại Stanford bởi đồng tác giả nghiên cứu Jeffrey Rutherford, Tiến sĩ '22, để ước tính lượng khí thải quá nhỏ để máy bay có thể phát hiện một cách đáng tin cậy. Các công ty Kairos Aerospace và Carbon Mapper đã cung cấp hai phương pháp khác nhau nhưng bổ sung cho nhau để đo lượng khí thải mêtan từ các cơ sở cụ thể thông qua các cảm biến gắn trên máy bay.
Tổng lượng phát thải bị rò rỉ ước tính dao động từ chỉ dưới 1% đến tới 9,6% tổng khối lượng, với mức trung bình là 3% trên khắp các khu vực được khảo sát. Chính phủ liên bang ước tính rằng lượng khí thải mêtan từ các cơ sở dầu khí trên toàn quốc trung bình chiếm khoảng 1% sản lượng khí đốt. Sherwin lưu ý rằng tại các khu vực được khảo sát ở Pennsylvania và Colorado, ước tính của nhóm ngang bằng hoặc thấp hơn ước tính của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ.
Brandt cho biết: “Tất nhiên, việc giảm thiểu biến đổi khí hậu bắt đầu bằng việc theo dõi lượng khí thải tốt hơn nhưng cũng phải theo dõi chính xác các nỗ lực giảm thiểu trong tương lai”. “Phương pháp được giới thiệu ở đây đưa ra một lộ trình kết hợp các phép đo ở nhiều quy mô để cải thiện đáng kể lượng tồn kho, giúp chúng tôi theo dõi tốt hơn nhiều những mức giảm quan trọng quan trọng đối với các cam kết giảm thiểu quốc gia.”
Brandt cũng là giám đốc khoa của Sáng kiến Khí đốt Tự nhiên Stanford và là thành viên cấp cao tại Viện Năng lượng Stanford Precourt. Rutherford hiện đang làm việc tại Highwood Emissions Management. Các đồng tác giả khác của Stanford bao gồm các nghiên cứu sinh Tiến sĩ Khoa học & Kỹ thuật Năng lượng Zhan Zhang và Yuanlei (Yulia) Chen. Các đồng tác giả khác được liên kết với Kairos Aerospace, Carbon Mapper, Đại học Arizona và Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Sáng kiến Khí đốt Tự nhiên Stanford, Hệ thống Giám sát Carbon của NASA và các chương trình Công nghệ Hệ thống Thông tin Tiên tiến, Bản đồ Carbon, RMI, Quỹ Bảo vệ Môi trường, Ủy ban Tài nguyên Không khí California, Đại học Arizona, Liên minh Khí hậu Hoa Kỳ, Bang Arizona Đài quan sát trên không toàn cầu của Đại học và Quỹ dự án công cộng tưởng niệm Mark Martinez và Joey Irwin với sự hỗ trợ của Ủy ban bảo tồn dầu khí Colorado, Bộ Y tế Công cộng và Môi trường Colorado. Một phần của nghiên cứu này được thực hiện theo hợp đồng với NASA.
Để đọc tất cả các câu chuyện về khoa học Stanford, hãy đăng ký Tạp chí Khoa học Stanford hai tuần một lần.
Liên hệ truyền thông
Evan Sherwin, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley: evansherwin@lbl.gov
Adam Brandt, Trường Phát triển bền vững Stanford Doerr: abrandt@stanford.edu
Josie Garthwaite, Trường Phát triển bền vững Stanford Doerr: (650) 497-0947, josieg@stanford.edu
