Новое исследование Института технологий Массачусетса посвящено противоположной роли природного газа в борьбе с изменением климата, являющегося мостом к уменьшению выбросов в будущем, но также вносящего свой вклад в парниковый эффект.

Природный газ, а это в основном метан, рассматривается в качестве важного «промежуточного топлива», помогающего миру отказаться от выбросов парниковых газов из ископаемого топлива, поскольку при его сжигании для производства электроэнергии выделяется примерно вдвое меньше углекислого газа, чем при сжигании угля. Но сам по себе метан является мощным парниковым газом, и в настоящее время происходят его утечки из эксплуатационных скважин, резервуаров, трубопроводов и городских распределительных труб. Увеличение использования природного газа в качестве стратегии обезуглероживания электроснабжения также увеличит потенциал для таких «неорганизованных» выбросов метана, хотя существует большая неопределенность относительно того, сколько ожидать. Недавние исследования подтвердили трудности даже при измерении сегодняшних уровней выбросов.

Эта неопределенность усугубляет сложность оценки роли природного газа в качестве моста к энергосистеме с нулевым углеродным выбросом и в том, чтобы знать, когда от него отходить. Сейчас США необходимо сделать стратегический выбор относительно того, стоит ли инвестировать в инфраструктуру природного газа. Это вдохновило исследователей Массачусетского технологического института на количественную оценку сроков очистки инфраструктуры природного газа в стране или ускорения перехода от нее, одновременно признавая существующую неопределенность в отношении неорганизованных выбросов метана.

Исследование показывает, что для того, чтобы природный газ стал основным компонентом усилий США по достижению целевых показателей по сокращению выбросов парниковых газов в предстоящем десятилетии, существующие методы контроля утечки метана должны быть улучшены в диапазоне от 30 до 90 процентов. Учитывая текущие трудности в мониторинге метана, достижение этих уровней может быть проблемой. Метан является ценным товаром, и поэтому у компаний, производящих, хранящих и распространяющих его, уже есть стимул минимизировать потери. Однако, несмотря на это, продолжается даже преднамеренная вентиляция и сжигание природного газа с выделением углекислого.

Исследование также показывает, что политика, направленная на то, чтобы перейти непосредственно к безуглеродным источникам энергии, таким как ветровая, солнечная и ядерная энергия, могла бы достичь целевых показателей выбросов, не требуя таких улучшений в уменьшении утечек, даже если использование природного газа все еще будет составлять значительную часть энергетического смешения.

Исследователи сравнили несколько различных сценариев ограничения выбросов метана из системы выработки электроэнергии, чтобы достичь цели к 2030 году по сокращению выбросов углекислого газа на 32 процента по сравнению с уровнями 2005 года, что согласуется с прошлыми обязательствами США по смягчению последствий изменения климата. Полученные результаты публикуются сегодня в журнале Environmental Research Letters, в статье постдокторанта наук университета Магдалены Клемун и доцента Джессики Транцик.

Метан является гораздо более сильным парниковым газом, чем углекислый газ, хотя, то, насколько он сильнее, зависит от того, для каких временных рамок происходит оценка. Хотя выбросы из метановых ловушек происходят гораздо более интенсивно, газ, попав в атмосферу,  сохраняется в ней не настолько долго — десятилетиями, а не веками. При анализировании по 100-летнему графику, который является наиболее широко используемым вариантом сравнительного периода, метан примерно в 25 раз мощнее, чем углекислый газ. Но если брать промежуток в 20 лет, он оказывается сильнее в 86 раз.

Фактические скорости утечки, связанные с использованием метана, широко распространены, сильно варьируются и их очень трудно определить. Используя данные из разных источников, исследователи обнаружили, что общий диапазон составляет от 1,5 до 4,9 процента от объема добываемого и распределяемого газа. Часть утечек происходит прямо в скважинах, часть — во время обработки и из резервуаров, а другая — из распределительной системы. Таким образом, для различных условий могут потребоваться различные виды систем мониторинга и мер по смягчению.

«Летучие выбросы могут осуществляться на протяжении всего пути: от того места, где происходит добыча и переработка природного газа, вплоть до места нахождения его конечного потребителя, — говорит Транцик. —Следить за процессом на протяжении всего пути — сложно и дорого».

И это само по себе создает проблему. «Важно помнить о парниковых газах, — говорит она, — проблема в отслеживании и измерении содержания метана сама по себе является риском». Если исследователи не уверены, сколько его там и где, политикам сложно сформулировать эффективные стратегии по его смягчению. Транцик говорит, что подход данного исследования заключается в том, чтобы принять неопределенность вместо того, чтобы сдерживать политику, находясь под её влиянием. Сама неопределенность должна направлять текущие стратегии, утверждают авторы, мотивируя инвестиции в обнаружение утечек, чтобы уменьшить её уровень или ускорить переход от природного газа.

 «Количество выбросов от одного и того же типа оборудования в одном и том же году может значительно варьироваться», — добавляет Клемун, —«в зависимости от того, в какое время суток вы осуществляете измерения и в какое время года. Существует множество факторов».

Большое внимание в исследовании было уделено так называемым "суперэмитентам", но даже их бывает трудно отследить. «Во многих наборах данных небольшая доля точечных источников вносит непропорционально большой вклад в общие выбросы, — говорит Клемун. —Если бы было легко предсказать, где это произойдет, и если бы мы лучше поняли, почему, то программы по обнаружению и ремонту могли бы стать более целенаправленными». Но для достижения этой цели потребуются дополнительные данные с высоким пространственным разрешением, охватывающие широкие области и многие сегменты цепочки поставок, говорит она».

Исследователи рассмотрели весь спектр неопределенностей: от того, сколько метана уходит, до того, как охарактеризовать его воздействие на климат; в различных сценариях. Один из подходов делает сильный упор на замену угольных электростанций, например, природным газом, другие —на увеличение инвестирования в источники с нулевым содержанием углерода, сохраняя при этом его роль.

При первом подходе выбросы метана из энергетического сектора США должны быть сокращены на 30–90 процентов по сравнению с сегодняшними уровнями к 2030 году наряду с 20–процентным сокращением выбросов углекислого газа. В качестве альтернативы, эта цель может быть достигнута за счет еще большего сокращения диоксида углерода, например, за счет более быстрого расширения низкоуглеродного электричества, в отсутствии требования по сокращению скорости утечки природного газа. Более высокий предел опубликованных диапазонов отражает больший акцент на "краткосрочный" вклад метана в глобальное потепление.

Исследование поднимает вопрос: сколько инвестировать в развитие технологий и инфраструктуры для безопасного расширения использования природного газа, с учётом трудностей в измерении количества и уменьшении выбросов метана, и того, что практически все сценарии для достижения целевых показателей сокращения выбросов парниковых газов требуют окончательного прекращения использования природного газа, что не включает улавливание и хранение углерода к середине столетия. «Определенный объем инвестиций, вероятно, имеет смысл, для улучшения существующей инфраструктуры и для увеличения пользы от её работы, но если вы заинтересованы в действительно глубоких целях сокращения, наши результаты затрудняют обоснование этого расширения прямо сейчас», — говорит Транчик.

Один из вопросов, поднятых в исследовании, заключается в том, сколько инвестировать в разработку технологий и инфраструктуры для безопасного расширения использования природного газа, учитывая трудности в измерении и смягчении выбросов метана, а также учитывая, что практически все сценарии достижения целевых показателей сокращения выбросов парниковых газов требуют в конечном итоге поэтапного отказа от него, так как его использование идёт в разрез с проблемой середины века, заключающейся в накоплении углерода. "Определенный объем инвестиций, вероятно, имеет смысл, в целях улучшения текущей инфраструктуры, но если вы заинтересованы в цели по-настоящему глубокого сокращения, наши результаты затрудняют обоснование этого расширения прямо сейчас", — говорит Трансик.

Исследователи считают, что подробный анализ должен служить руководством для местных и региональных регулирующих органов, а также политиков вплоть до федеральных агентств. Данные сведения, по их мнению, также применимы к другим странам, которые полагаются на природный газ. Лучший выбор и точные сроки, вероятно, будут варьироваться в зависимости от местных условий, но исследование определяет проблему, рассматривая различные возможности, которые включают крайние значения в обоих направлениях, то есть, по направлению к инвестированию в улучшение инфраструктуры природного газа при расширении его использования или же ускорения отхода от него.

phys.org