本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
早在三月份，我就撰寫過關於石油和天然氣井因沒有可用管道而以燃燒或排放形式浪費的大量能源的文章，稱其為下一個偉大的能源效率機會。
幸運的是，哪裡有能源浪費，哪裡就有機會利用這些能源做一些有用的事情。現在，一種利用燃燒的天然氣做有用的事情的新方法出現了：從大氣中收集水，這樣就可以用來抵消液壓破碎或“壓裂”所需的大量水。
在最近一期的《機械工程》雜誌的封面故事中，德克薩斯大學奧斯汀分校的教授瓦伊巴夫·巴哈杜爾介紹了他利用燃燒的天然氣從稀薄的空氣中提取水的方法，並討論了該方法如何顯著抵消液壓破碎的部分用水需求。
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雖然一口普通的傳統油氣井的鑽探大約需要 250,000 加侖的淡水，但一口井的液壓破碎大約需要 250 萬加侖的水，是前者的十倍，才能產生巨大的壓力來破裂地下頁岩地層並從其孔隙中引出石油和天然氣。與此同時，大量的液壓破碎活動發生在水資源稀缺的地區。大約 48% 的美國油井位於極度缺水的地區，那裡 80% 以上的可用淡水已經分配給農業、發電和人類消費。
巴哈杜爾和他的團隊看到了德克薩斯州和北達科他州等地區液壓破碎井中燃燒的大量天然氣，並看到了一個機會，可以利用燃燒的天然氣釋放的熱量，透過吸收式製冷過程來冷凝潮溼的空氣，從而從大氣中收集水。吸收式製冷機本質上是一種利用熱量而不是電力執行的空調或冰箱。這聽起來可能像是一個熱力學謬論，但吸收式製冷機絕不是一項新技術。使用吸收式製冷過程的丙烷冰箱在今天的房車和其他行動式應用中很常見。
巴哈杜爾和他的團隊希望利用吸收式製冷過程，利用燃燒的天然氣從潮溼的大氣空氣中冷凝水。本來會被燃燒和浪費的清潔天然氣將被用於為吸收式製冷機提供動力，即一種熱動力空調，它可以冷卻潮溼的空氣，從中冷凝出水。（圖片來自 巴哈杜爾，2016 年）
在最近發表於《環境研究快報》上的一篇論文中，巴哈杜爾和他的研究生伊納克希·維克拉馬納亞克量化了使用他們提出的從大氣中收集水的技術，可以在多大程度上減少美國各地區液壓破碎的淡水需求。他們發現，僅德克薩斯州油井燃燒的天然氣量每年就可以從大氣中收集超過 60 億加侖的淡水，即每天超過 1600 萬加侖。雖然這些數字代表了利用所有可用的燃燒天然氣的總集水潛力，但他們計算出，即使在德克薩斯州的一口天然氣井中只安裝一個系統，每天也可以生產多達 30,000 加侖的水。
巴哈杜爾和他的研究生根據可用的燃燒天然氣量和環境天氣條件，計算了美國各地區可以從大氣中收集的水量。（圖片來自維克拉馬納亞克等，2016 年）
巴哈杜爾的研究很重要，因為美國能源資訊署的最新資料顯示，儘管油價低迷以及美國石油和天然氣鑽探放緩，但燃燒或排放的天然氣量仍然很大。雖然自 2015 年以來，燃燒損失的天然氣量已顯著下降，但僅在 2016 年 3 月，北達科他州每天仍有超過 1.5 億立方英尺的天然氣被燃燒。這足夠利用巴哈杜爾提出的方法每天收集超過 1400 萬加侖的淡水。
雖然近年來燃燒量已顯著下降，但僅在北達科他州燃燒的天然氣量仍然足以利用大氣集水每天生產超過 1400 萬加侖的淡水。（圖片來自美國能源資訊署，2016 年）
雖然巴哈杜爾提出的從大氣中收集水的方法具有很大的潛力，但它尚未在現場進行測試。然而，有許多依靠電力執行的大氣集水裝置。為了使他們提出的技術成為現實，巴哈杜爾和他的學生將繼續在案例研究中對該系統進行建模，以揭示該技術對石油和天然氣鑽探商的精確價值主張。由於在某些地區輸送水的成本高達每加侖 15 美分，他們希望他們的系統能夠利用燃燒天然氣的“免費”能源來降低水成本。他的研究小組還希望開發方法，使他們的吸收式製冷系統足夠小，可以部署在標準的 18 輪卡車上，以便根據需要在偏遠地區快速部署。