August 3, 2021

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Ethanindikatoren für Methan in Öl- und Gasemissionen

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Die Messung von Ethan in der Atmosphäre zeigt, dass die Methanmengen, die durch Öl- und Gasquellen in die Atmosphäre freigesetzt werden und zur Erwärmung des Treibhauseffekts beitragen, größer sind als die von der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde vorgeschlagenen, so ein internationales Team von Wissenschaftlern, die drei Jahre lang in allen vier Jahreszeiten über drei Regionen der Vereinigten Staaten geflogen sind.

„Ethan ist ein Gas, das nur mit bestimmten Methanquellen verwandt ist“, sagt Zachary R. Barkley, Meteorologie- und Atmosphärenforscher an der Penn State. „Methan wird jedoch durch Öl-, Gas- und Kohlevorkommen produziert, aber auch durch das Verdauungssystem von Kühen, Feuchtgebieten, Deponien und die Güllewirtschaft. Es ist schwierig, die produzierten fossilen Brennstoffe und natürliches Methan zu trennen.“

Atmospheric Carbon and Transport (ACT) America-Daten wurden verwendet, um die Methanemissionen aus Öl-, Gas- und Kohlequellen zu quantifizieren, da das Projekt nicht nur Methan, sondern auch Ethan misst. Die Forscher stellen fest, dass das mit Ethan identifizierte Methan zuverlässig mit fossilen Brennstoffquellen verbunden werden kann, das Ethan / Methan-Verhältnis jedoch zwischen den einzelnen Quellen variiert.

“ACT America wurde entwickelt, um unsere Fähigkeit zur Diagnose globaler Treibhausgasquellen und -senken zu verbessern, um die Diagnose zu verbessern”, sagte Kenneth J. Davis, Professor für Atmosphären- und Klimawissenschaften an der Penn State. “Wir wollten verstehen, wie Treibhausgase von Wettersystemen durch die Atmosphäre transportiert werden. Vor ACT gab es keine Daten, um die Verteilung von Gasen in Wettersystemen abzubilden.”

Von 2017 bis 2019 führten Forscher Datenerhebungsmissionen in drei Teilen der Vereinigten Staaten durch: in die zentralatlantischen Staaten, darunter Pennsylvania, New York, Virginia, West Virginia und Maryland; südliche Zentralstaaten einschließlich Arkansas, Louisiana, Texas, Alabama, Oklahoma und Mississippi; und die Staaten des Mittleren Westens einschließlich Nebraska, South Dakota, Kansas, Minnesota, Iowa, Missouri, Wisconsin, Michigan, Ohio, Indiana und Illinois. Die Forscher deckten alle vier Jahreszeiten ab und verfolgten, wie Wettersysteme Kohlendioxid, Methan, Ethan und andere Gase durch die Atmosphäre beförderten.

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Die Forscher sind nicht die ersten, die vermuten, dass die Methanschätzungen zu niedrig sind, aber laut Barkley sind sie die ersten, die Ethan nur als Proxy verwenden. Ethan, obwohl es als Treibhausgas wirkt, bleibt nur wenige Monate in der Atmosphäre, bevor es in andere Verbindungen zerfällt, anstatt die 10 Jahre, die Methan in der Atmosphäre verbleibt. Ethan ist eher ein Luftverschmutzungsproblem als die Erwärmung des Treibhauses.

„Wir haben uns keine Methandaten angesehen und sehen immer noch die gleichen Ergebnisse wie alle anderen“, sagte er.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass sich die meisten bisherigen luftgestützten Studien auf kleine Gebiete, Emissionen von einzelnen Standorten oder Feldern konzentriert haben. ACT-America untersuchte Regionen mit mehreren Bundesstaaten und umfasste mehr als zwei Drittel der Erdgasproduktion der Vereinigten Staaten.

„Ethan-Daten übertreffen durchweg die erwarteten Werte basierend auf Schätzungen der Öl- und Gasleckrate der EPA (US) von mehr als 50 %“, berichten die Forscher in einer aktuellen Ausgabe der Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Atmosphären. Die Forscher fügen hinzu, dass sie durch den Vergleich der kombinierten Schätzungen der Ethanemissionen im Herbst, Winter und Frühjahr mit einer Bestandsaufnahme der Methanemissionen aus Öl und Gas schätzen, dass die Methanemissionen aus Erdöl und Gas um 48 % bis 76 % höher sind als die EPA Inventarwerte.

Für diese Studie verwendeten die Forscher die Ethan/Methan-Verhältnisse der Öl- und Gasförderbecken.

Während auf der Erdoberfläche Quellen und Senken von Kohlendioxid zu finden sind, kommen Ethan- und Methanemissionen von bestimmten bekannten Orten am Boden. Wüsten, Ozeane und Hochlandökosysteme emittieren wenig Ethan oder Methan. Aktive Öl- und Gasfelder haben hohe Emissionen. Bei der Schätzung von Spurengasemissionen nehmen Forscher normalerweise ihre erste beste Schätzung und führen dann mehrere Iterationen durch, um den Unterschied zwischen beobachteten und simulierten Luftkonzentrationen dieser Gase zu minimieren.

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Barkley merkt an, dass die Signale manchmal schwer zu interpretieren sind, aber das ist bei dieser Studie nicht der Fall.

„Die Daten sind da“, sagte Barkley. „Der kleinste Plume im Modell stimmt, wenn er verdoppelt wird, plötzlich mit den Echtzeitdaten überein. “

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Andere Forscher des Penn State an dem Projekt sind Sha Feng und Yuyan Chui, Assistenzprofessoren für Meteorologie und Atmosphärenwissenschaften.

Weitere Mitglieder des Projekts sind Alan Fried, Senior Research Associate, Petter Weibring, Research Associate, Dirk Richter, Research Associate, und James D. Walega, Senior Professional Research Assistant, Institute of Arctic and Alpine Research, University of Colorado, Boulder; Scot M. Miller, Assistenzprofessor für Umweltgesundheit und Umwelttechnik, Johns Hopkins University; und Anke Roiger, M. Eckl, A. Fiehn und Julian Kostinek, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen, Deutschland.

Die NASA hat dieses Projekt unterstützt.

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