安东尼·j·马切斯和丹·齐默尔著

天然气是取代煤这可能有助于应对气候变化，因为燃烧它产生的碳排放更少。但是生产和运输天然气会释放甲烷，这是一种温室气体，也会导致气候变化。甲烷问题有多严重?

在过去的五年里，我们研究团队科罗拉多州立大学的研究人员在天然气供应链的生产、收集、加工、传输和储存环节的700多个独立设施中进行了数千次甲烷排放测量。

这一经验使我们对天然气甲烷排放的主要来源以及行业在检测和减少(如果不能消除)甲烷排放方面面临的挑战有了独特的视角。

我们的工作，以及许多其他研究项目，最近被合并成一项发表在杂志上的新研究科学．这一全面的快照表明，石油和天然气作业产生的甲烷排放量远远高于美国环保署目前的估计。

甲烷怎么了

量化甲烷泄漏程度的一种方法是用每年排放的甲烷量除以每年从天然气和油井中抽出的甲烷总量。美国环保署目前估计甲烷泄漏率为1.4%，也就是说，每从地下储层抽取一立方英尺天然气，就有1.4%的甲烷会流失到大气中。

这项研究综合了由环境倡导组织环境保护基金(EDF)协调的5年系列16项研究的结果，这些研究涉及来自40多个机构和50家天然气公司的140多名研究人员。

这项工作汇集了来自大学、智库和行业本身的学者，对美国所有油气作业排放的甲烷总量做出了最准确的估计。它整合了来自大量近期研究的数据，包括地面和空中的测量数据。

总的来说，根据这项新研究的结果，美国石油和天然气行业每年泄漏1300万吨甲烷，这意味着甲烷泄漏率为2.3%。我们的新估计与环保署目前的估计之间60%的差异可能会对气候产生深远的影响。

甲烷是一种强力温室气体，在释放后的头20年里，其对气候变暖的影响是二氧化碳的80多倍。

EDF早前的一项研究表明，如果甲烷泄漏率超过3%，淘汰燃煤发电厂而改用天然气发电厂不会立即带来气候效益。

这意味着，即使泄漏率为2.3%，美国天然气发电份额的不断增长也在减缓气候变化的步伐。然而，这些气候效益可能要大得多。

此外，在甲烷泄漏率为2.3%的情况下，除了发电之外，天然气的许多其他用途对气候也是有害的。例如，法国电力公司发现，用天然气取代大多数卡车使用的柴油或大多数汽车使用的汽油，需要泄漏率低于1.4%，才能立即对气候产生效益。

更重要的是，一些科学家认为，泄漏率可能比这个新的估计还要高。

是什么导致了这些泄漏

也许你从来没有想过天然气在你点燃厨房煤气炉上的燃烧器之前的漫长旅程。

但是，除了目前在美国运行的50万口天然气井之外，还有200万英里长的管道和数百万个阀门、配件、储罐、压缩机和其他部件，每周7天、每天24小时运行，将天然气输送到您的家中。

当你搅拌一批煎饼时燃烧的天然气可能已经在这个复杂的网络中穿行了1000英里或更多。在这个过程中，有很多机会泄露到大气中。

天然气泄漏可能是偶然的，由设备故障引起的，但也有很多天然气是故意释放的，以执行阀门打开和关闭等工艺操作。此外，数以万计的压缩机增加压力并将天然气泵入管网，这些压缩机由燃烧天然气的发动机提供动力，其废气中含有一些未燃烧的天然气。

由于输送到你家的天然气中含有85%到95%的甲烷，因此天然气泄漏主要是甲烷。虽然甲烷因其温室气体含量而对气候构成最大威胁，但天然气含有其他碳氢化合物，可降低区域空气质量，对人类健康有害。

库存记录vs.飞机监视

的美国环保署温室气体清单这是一种专家称之为“自下而上”的方法。它需要统计全国所有的天然气设备——从家用煤气表到井台——并估计每个类别的年平均排放量，然后把它们加起来。

这种方法面临两个挑战。首先，这些类别中的许多都没有准确的设备记录。其次，当组件运行不正常或出现故障时，排放量会激增，因此很难为每个源制定准确而有意义的年化排放量。

“自上而下”的方法，通常需要飞机，是另一种选择。他们测量了大面积地理区域上下风向的甲烷浓度。但这种方法也有其缺点。

首先，它可以捕获所有的甲烷排放，而不仅仅是与天然气生产相关的排放——包括垃圾填埋场、奶牛、甚至你家后院腐烂的树叶产生的甲烷。其次，这些一次性的快照可能会失真，这取决于飞机在飞行中捕捉甲烷数据时发生了什么。

从历史上看，自上而下方法估计的排放量大约是自下而上估计的两倍。一些区域自上而下的甲烷泄漏率估计高达8%，而一些自下而上的估计则低至1%。

更近期的工作，包括科学研究人员进行了协调一致的活动，其中地面和飞机测量同时进行，同时仔细模拟排放事件。

有用的小工具和合理的政策

2013年10月一个阳光明媚的早晨，我们的研究团队在德克萨斯州的一个天然气收集压缩站停下车。通过一台价值8万美元的红外摄像机，我们立即发现了一个巨大的无色无味的甲烷泄漏点，操作人员看不见，他们迅速隔离并解决了问题。

然后，我们目睹了甲烷排放量下降了十倍——设施泄漏率从9.8%下降到0.7%。

当然，仅在科罗拉多州的威尔德县就有4万口油气井，为所有天然气工人配备8万美元的摄像头，或者雇佣司机每天监控每个井口，在经济上是不可可行的。

但新技术可以带来改变。我们在科罗拉多州立大学的团队正在与能源部合作，评估能够快速检测甲烷排放的设备。其中一些设备现在就可以部署，包括可以远程监控的廉价传感器。

然而，技术本身并不能解决问题。我们认为，削减国家的甲烷泄漏率需要行业和政府之间的合作努力。科罗拉多州制定了一些全国最严格的甲烷排放法规，根据我们在该州的经验，我们发现最佳做法成为了有严格法规的标准做法。

我们认为，特朗普政府取消监管的努力，不管这些监管是否有效，不仅会对气候产生深远影响。它们还将危及所有美国人的健康和安全，同时削弱天然气行业减少其产生的污染的努力。

Anthony J. Marchese是科罗拉多州立大学Walter Scott Jr.工程学院学术和学生事务副院长，机械工程系教授。丹·齐默尔是科罗拉多州立大学METEC的高级副研究员和主任。这篇文章最初发表于谈话．