WVU-Forscher erhalten 5,5 Millionen US-Dollar für die Untersuchung von Methanemissionen an Öl- und Gasstandorten

May 25, 2023

Um den Emissionsfluss und die Emissionsaktivität aufzuzeichnen, befestigen Studentenforscher der WVU Instrumente an Wasserspeichertanks an einem Erdgasproduktionsstandort. Mittel des US-Energieministeriums werden in den nächsten drei Jahren die Überwachung der Methanemissionen an Standorten in drei Bundesstaaten unterstützen, ein Projekt des WVU Center for Alternative Fuels, Engines and Emissions. (Eingereichtes Foto)

In den nächsten drei Jahren werden Forscher des West Virginia University Center for Alternative Fuels, Engines and Emissions versuchen, ein fundiertes Verständnis darüber zu erlangen, wo und warum Methan und andere Gase austreten und welche Auswirkungen sie auf die lokale Luftqualität und das globale Klima haben.

Mit der Unterstützung von 5,5 Millionen US-Dollar aus Mitteln des US-Energieministeriums wird sich das Projekt unter der Leitung von Derek Johnson, außerordentlicher Professor am Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources, auf Methanemissionen – ein Treibhausgas, das den Planeten erwärmt – konzentrieren Flüssigkeitslagertanks in West Virginia, Pennsylvania und Ohio.

Die Studie mit dem Titel STEAM TANKS, Storage Tank Emissions Assessments in the Marcellus to Acquire New Knowledge with Science, wird Methan und andere flüchtige organische Verbindungen sowie gefährliche Luftschadstoffe messen, die aus Flüssigkeitslagertanks emittiert werden, die sich „stromaufwärts“ an Extraktionsstandorten sowie „in der Mitte des Flusses“ befinden. an verschiedenen Standorten entlang der Routen, die Öl und Gas auf ihrem Weg zu Raffinerie- und Verarbeitungsanlagen nehmen.

„Methan ist nach Kohlendioxid das am zweithäufigsten emittierte Treibhausgas in den USA“, sagte Johnson und fügte hinzu, dass Methan außerdem 28-mal wirksamer als Kohlendioxid ist, wenn es darum geht, Wärme in der Atmosphäre zu speichern. Die atmosphärischen Methankonzentrationen haben sich in den letzten 200 Jahren mehr als verdoppelt, wobei Gas- und Erdölsysteme nach dem Agrarsektor die zweitgrößte Quelle für Methanemissionen in den USA darstellen.

Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan, und wenn sowohl Gas als auch Rohöl gefördert, verarbeitet, transportiert und gelagert werden, können Methanemissionen in die Luft gelangen und einige der Vorteile des geringeren CO2-Ausstoßes von Erdgas zunichte machen.

Johnson bezeichnete insbesondere Flüssigkeitslagertanks als „komplexe Systeme“. Tanks können in die Atmosphäre oder zu Emissionskontrollgeräten entlüftet werden. Sie können Gase verlieren, wenn sie entleert oder gefüllt werden, erklärte er, und wenn sie einfach Tag für Tag „atmen“, aufgrund natürlicher Veränderungen der Tanktemperatur und des Tankdrucks im Laufe der Zeit. Und Tanks, die Steuergeräte verwenden, können undichte Dichtungen, Entlüftungsöffnungen oder Diebstahlluken aufweisen, die Emissionen verursachen.

„Tanksemissionen und Leckraten waren bei Methan und anderen flüchtigen organischen Verbindungen sehr unterschiedlich, daher brauchen wir ein besseres Verständnis ihrer Aktivität. Dann können wir Modelle zur Vorhersage von Emissionen verbessern und letztendlich Lösungen zu deren Minderung entwickeln“, sagte Johnson.

„Wir werden mit den Standortbetreibern zusammenarbeiten, um Faktoren zu dokumentieren, die zu Methanemissionen beitragen können: Temperaturen und Drücke, Produktion und Durchsatz, interne chemische Zusammensetzung von Flüssigkeits- und Dampfphasen sowie Faktoren wie offene oder beschädigte Ventile, Scharniere oder Dichtungen.“ "

Sobald CAFEE eine erste regionale Bestandsaufnahme der Öl- und Gaslagertanks abgeschlossen hat, wird das Team Werkzeuge und Technologien einsetzen, die von mobilen Laboren zur Luftprobenahme bis hin zu fortschrittlichen Methoden des maschinellen Lernens zur genauen Vorhersage von Methan und anderen Emissionen im Laufe der Zeit reichen. Zusätzlich zur jährlichen Erfassung der Emissionsmessungen ausgewählter Schlüsseltanks werden die Forscher eine kurzfristige Emissionsüberwachung an mindestens 100 Standorten durchführen, von denen jeder über mehrere Lagertanks verfügen kann.

Bei den meisten handelt es sich um Standorte, die mit neueren unkonventionellen Gasproduktionsbetrieben verbunden sind, aber mindestens 30 Standorte konzentrieren sich auf konventionelle Betriebe. Die gesammelten Daten beantworten Fragen wie die Frage, ob aktuelle Vorhersagetools und Emissionsfaktoren korrekt oder repräsentativ sind.

Nachdem Johnson und seine Kollegen Daten zu Bedingungen und Emissionen an mehreren Standorten erfasst haben, werden sie damit beginnen, jahrzehntealte Softwaremodelle zur Vorhersage von Emissionen zu aktualisieren und neue Tools zur Meldung von Lecks zu entwickeln.

Zu den WVU-Forschern im Team gehören Gregory Thompson, außerordentlicher Professor; Scott Wayne, außerordentlicher Professor; Madelyn Ball, Assistenzprofessorin; Hailin Li, Professor und Nigel Clark, emeritierter Professor und aktueller Berater bei Transport Energy Strategies.

„WVU wird die Expertise des Partners Aerodyne Research bei der Probenahme von Rauchfahnen nutzen“, sagte Johnson. „Unser Team arbeitet derzeit mit drei Branchenführern zusammen und sucht nach weiteren Branchenteilnehmern aus dem gesamten Appalachenbecken.“

Die Praktikabilität hat Priorität. Daher wird CAFEE nicht nur sicherstellen, dass die Implementierung der evaluierten Sensoren für die Industrie kostengünstig ist, sondern auch lokale Analysen durchführen, um zu untersuchen, wie sich ihre Ergebnisse auf Beschäftigungs- und Ausbildungsmöglichkeiten in Gemeinden auswirken könnten. Wenn die Forschung zeigt, dass Lagertanks mit Instrumenten ausgestattet werden müssen, muss die Industrie laut Johnson möglicherweise in mehr Arbeitskräfte investieren – zum Beispiel in externe Emissionsprüfungs- oder Berichtsunternehmen oder in neue Wartungs- und Reparaturtechniker.

„Die Reduzierung der Methanemissionen ist wichtig – es ist vielleicht eine der schnellsten Möglichkeiten, den Klimawandel einzudämmen“, sagte er. „Aber es gibt nicht viel Forschung, die die Methanemissionen, die mit Öl- und Gastanks im Upstream- und Midstream-Bereich verbunden sind, direkt quantifiziert. Ein Beispiel dafür, wie viel unbekannt ist, ist, dass bis vor Kurzem niemand an einen Tanktyp gedacht hat, nämlich den Speichertank für „produziertes Wasser“. , was die Methanemissionen überhaupt betrifft, auch wenn wir gezeigt haben, dass die Emissionen aus solchen Tanks erheblich sein können.“

Johnson sagte, er glaube, dass das Projekt das Potenzial habe, Erkenntnisse mit Auswirkungen auf nationale und globale Praktiken und Technologien zu generieren.

„Diese Forschung ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung eines tieferen Verständnisses der Tankemissionen von Methan und anderen Gasen, damit die Industrie Best Practices entwickeln oder Technologien zur Reduzierung dieser Emissionen einsetzen kann.“

-WVU-

28.03.23

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