水力壓裂法會排放大量溫室氣體

頁岩氣鑽探過程中釋放的“逸散甲烷”可能會加速氣候變化

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將甲烷排放新增到水力壓裂法帶來的日益增長的環境風險清單中。

去年,由於擔心運營中使用的大量化學物質水可能會汙染飲用水,反對水力壓裂深層頁岩以釋放天然氣的呼聲 резко 上升。然後,在1月初,俄亥俄州的地震被歸咎於將這些水排放到深層地下結構中。昨天,兩位康奈爾大學教授在新聞釋出會上表示,水力壓裂法會將大量的天然氣(主要成分是甲烷)直接釋放到大氣中——遠超之前的估計。

生態學家和進化生物學家羅伯特·霍瓦特以及土木與環境工程師安東尼·英格拉菲亞報告稱,水力壓裂井洩漏的甲烷比傳統天然氣井多 40% 到 60%。當帶有化學物質的水被強行壓入井中以破裂頁岩時,它會迴流上來並儲存在大型池塘或水箱中。但是,大量的甲烷也會同時迴流到井中,並在被捕獲利用之前釋放到大氣中。這種巨大的“逸散甲烷”噴發可以在井場的紅外影片中看到


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分子對分子而言,甲烷在大氣中捕獲的熱量是二氧化碳的 20 到 25 倍。然而,這種效應消散得更快:空氣中的甲烷在大氣中停留約 12 年,然後被持續的化學反應清除,而二氧化碳則持續 30 到 95 年。儘管如此,兩位康奈爾大學科學家和其他人的最新資料表明,在未來 20 年內,甲烷將佔美國溫室氣體負荷的 44%。在這一部分中,17% 將來自所有天然氣業務。

目前,管道洩漏是主要的罪魁禍首,但水力壓裂法是一個快速增長的貢獻者。英格拉菲亞指出,儘管美國已經有 25,000 口高產量頁岩氣井在執行,但在 20 年內,預計還將有數十萬口投入執行,全球將有數百萬口在執行,這將顯著擴大排放量,並保持大氣甲烷水平居高不下,儘管其消散時間為 12 年。

霍瓦特表示,他特別關注水力壓裂法的排放,因為最新資料表明地球正在進入快速氣候變化時期。他指出,與 1900 年代初期相比,全球平均氣溫預計將在未來 15 到 35 年內升高 1.5 攝氏度,他稱之為“向劇烈氣候變化的臨界點”。越來越多的水力壓裂法將加速世界走向這一轉變,或破壞減少二氧化碳和其他溫室氣體排放的努力。英格拉菲亞說,頁岩氣是從石油到未來幾十年內廣泛使用的可再生能源供應的理想“橋樑燃料”的說法,就氣候變化而言“毫無意義”。

霍瓦特和英格拉菲亞在康奈爾大學發表講話,他們還在那裡釋出了一篇論文(pdf),該論文即將由期刊Climatic Change發表,詳細介紹了他們的分析。這是對他們2011年4月發表的論文的後續研究,該論文全面分析了水力壓裂法的排放。天然氣行業對該論文提出異議。康奈爾大學地質學家勞倫斯·卡斯爾斯也在Climatic Change評論中提出了異議。他估計逸散排放量僅為霍瓦特和英格拉菲亞所堅持的排放量的 10%,並且頁岩氣確實可以很好地替代家用取暖油和發電廠使用的煤炭。

捕獲大量的氣體噴發可以防止這個問題。英格拉菲亞說,捕獲很困難,因為氣體與迴流水一起排放,但是一種稱為“綠色完井”的程式,即使用特殊裝置捕獲氣體,已被證明是有效的。然而,監管機構不要求採取這一步驟,而且甲烷的市場價格低於以這種方式捕獲甲烷的成本,因此鑽探商沒有經濟動機這樣做。

Mark Fischetti has been a senior editor at 大眾科學 for 17 years and has covered sustainability issues, including climate, weather, environment, energy, food, water, biodiversity, population, and more. He assigns and edits feature articles, commentaries and news by journalists and scientists and also writes in those formats. He edits History, the magazine's department looking at science advances throughout time. He was founding managing editor of two spinoff magazines: 大眾科學 Mind and 大眾科學 Earth 3.0. His 2001 freelance article for the magazine, "Drowning New Orleans," predicted the widespread disaster that a storm like Hurricane Katrina would impose on the city. His video What Happens to Your Body after You Die?, has more than 12 million views on YouTube. Fischetti has written freelance articles for the New York Times, Sports Illustrated, Smithsonian, Technology Review, Fast Company, and many others. He co-authored the book Weaving the Web with Tim Berners-Lee, inventor of the World Wide Web, which tells the real story of how the Web was created. He also co-authored The New Killer Diseases with microbiologist Elinor Levy. Fischetti is a former managing editor of IEEE Spectrum Magazine and of Family Business Magazine. He has a physics degree and has twice served as the Attaway Fellow in Civic Culture at Centenary College of Louisiana, which awarded him an honorary doctorate. In 2021 he received the American Geophysical Union's Robert C. Cowen Award for Sustained Achievement in Science Journalism, which celebrates a career of outstanding reporting on the Earth and space sciences. He has appeared on NBC's Meet the Press, CNN, the History Channel, NPR News and many news radio stations. Follow Fischetti on X (formerly Twitter) @markfischetti

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