Выпуск газа , более конкретно известный как выброс природного газа или выброс метана , представляет собой преднамеренный и контролируемый выброс газов, содержащих алкановые углеводороды - преимущественно метан - в атмосферу Земли. Это широко используемый метод удаления нежелательных газов, образующихся при добыче угля и сырой нефти . Такие газы могут потерять ценность, если они не подлежат вторичной переработке в производственном процессе, не имеют маршрута экспорта на потребительские рынки или не удовлетворяют краткосрочному спросу. В тех случаях, когда газы имеют ценность для производителя, значительные количества могут также выделяться из оборудования, используемого для сбора, транспортировки и распределения газа.
Выбросы газа вносят значительный вклад в изменение климата . [1] [2] Тем не менее, многие отдельные случаи достаточно малы и рассредоточены, чтобы считаться «безопасными» в отношении непосредственной опасности для здоровья. Крупные и концентрированные выбросы обычно уменьшаются с помощью газовых факелов для производства относительно менее вредного углекислого газа. Выпуск газа и его сжигание на факелах, которые выполняются в повседневной практике, особенно расточительны и могут быть устранены на многих современных промышленных предприятиях, где доступны другие недорогие варианты использования газа. [3]
Выпуск газа не следует путать с аналогичными типами выбросов газа, например, в результате:
Выброс газа также не следует путать с «утечкой газа» из земли или океанов – естественной или вызванной деятельностью человека.
Добыча нефти из нефтяных скважин , где добыча сырой нефти является основной, а иногда и единственной финансовой целью, обычно сопровождается добычей значительных количеств так называемого попутного нефтяного газа (т.е. разновидности сырого природного газа ). Мировая статистика за 2012 год показывает, что большая часть (58%) этого газа была повторно закачана для хранения и поддержания давления в скважине, 27% было отправлено на потребительские рынки, а оставшиеся 15% были сброшены или сожжены вблизи скважины. . [4]
Во всем мире на факелах было сожжено 100 миллионов тонн попутного нефтяного газа, что составляет около 3-4% всего газа, добываемого из нефтяных и газовых скважин. [4] Сжигаемый газ произвел почти 350 миллионов тонн выбросов парниковых газов в эквиваленте CO 2 , что составляет около 1% из 33 миллиардов тонн углекислого газа (CO 2 ), высвобождаемого при сжигании всех видов ископаемого топлива . [5] Системы утилизации факельного газа (FGRS) все чаще внедряются как более экономически эффективная альтернатива факельному сжиганию. [6] : 50–52
Предпочтительно, чтобы весь нежелательный газ, по крайней мере, удалялся с помощью газовых факелов, но на практике этого не удалось достичь. Например, объемы выбросов из отдельных скважин иногда слишком малы и прерывисты, что может создавать другие трудности (например, высокие концентрации загрязняющих веществ ), которые делают сжигание на факелах более сложным с технической и экономической точки зрения. Кроме того, газ будет продолжать выделяться из сырой нефти в течение некоторого времени после того, как он будет перемещен в резервуары для хранения на буровой площадке и транспортирован в другое место. Этот газ также можно направить в факельную трубу, утилизировать или спроектировать так, чтобы он уходил без снижения выбросов через вентиляционные отверстия или регуляторы давления . [7]
Глобальные оценки Международного энергетического агентства (МЭА) в 2019 году показывают, что еще 32 миллиона тонн метана были выброшены без снижения выбросов в результате всей добычи нефти; включая наземную традиционную нефть , морскую нефть , нетрадиционную нефть и нефтепереработку . С учетом количества выбросов от незавершенных сжиганий газа и неорганизованных выбросов общий объем оценивается примерно в 37 миллионов тонн. [8]
Мэтью Джонсон из Лаборатории исследования энергетики и выбросов (EER) Карлтонского университета в Оттаве, Онтарио, Канада, сказал в интервью в декабре 2023 года, что — вопреки распространённым убеждениям — вентиляция, особенно с объектов по добыче тяжелой нефти, предназначенных для нормальной эксплуатации, является Основной источник выбросов метана в нефтегазовой отрасли. Джонсон подчеркивает необходимость быстрой модернизации нефтегазовых объектов, учитывая, что соответствующие затраты являются разумными, согласно различным исследованиям. Ориентировочная стоимость модернизации всей промышленности Канады оценивается в 3,3 миллиарда долларов в период с 2027 по 2040 год для реализации требований как по вентиляции, так и по сжиганию в факелах. [9] Джонсон сказал, что, хотя ископаемое топливо не будет прекращено «в одночасье», «когда дело доходит до выбросов метана, у нас есть решение, и мы можем реализовать его прямо сейчас». [10] В отчете Лаборатории исследования энергетики и выбросов за 2023 год обсуждаются проблемы с достижением целей по сокращению выбросов метана к 2030 году в рамках Глобального обязательства по метану из-за неопределенности в уровнях выбросов от нефтегазовых операций. Исследование, проведенное в Альберте (Канада) — канадской провинции с крупнейшей нефтегазовой промышленностью, — представляет запасы метана на 2021 год, которые превышают официальные федеральные запасы в 1,5 раза. В исследовании подчеркивается, что почти две трети выбросов (в основном вызванных неконтролируемыми резервуарами, пневматикой и незажженными факелами) происходят в результате выброса газа, что указывает на существенные возможности для смягчения последствий. Примечательно, что интенсивность выбросов метана в Альберте в четыре раза выше, чем в соседней Британской Колумбии, что подчеркивает необходимость независимого мониторинга и отчетности, обеспечивающих успех инициатив по сокращению выбросов. [11] Выбросы газа в нефтегазовой промышленности привлекли внимание в Альберте, Канада, особенно в свете предлагаемых законодательных изменений, направленных на сокращение выбросов метана. Федеральный министр окружающей среды Стивен Гильбо представил план во время Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата 2023 года в Дубае , в котором изложена национальная система ограничения выбросов и торговли квотами на сокращение выбросов без ущерба для производства. Предлагаемая программа направлена на ограничение выбросов в 2030 году на 35–38 процентов ниже уровня 2019 года, что соответствует цели федерального правительства по достижению нулевых выбросов углекислого газа в этом секторе к 2050 году. Учитывая, что на нефтегазовую промышленность приходится 28 процентов выбросов Канады. Эти предлагаемые изменения свидетельствуют о значительных усилиях по решению экологических проблем и борьбе с изменением климата. [9]
Значительные количества богатого метаном газа улавливаются и адсорбируются угольными пластами и неизбежно десорбируются при добыче угля . В некоторых случаях подземной добычи пласт просверливается скважинами до и/или во время работ по добыче, а так называемым рудничным газам разрешается выходить в качестве меры безопасности. Также во время работы метан попадает в систему вентиляции воздуха в концентрациях до 1% и обычно свободно выбрасывается из выработки шахты. Метан такого вентиляционного воздуха (МВВ) является крупнейшим источником метана из всех действующих и выведенных из эксплуатации угольных шахт мира. Значительное количество метана также продолжает десорбироваться из угля, хранящегося в хранилищах, и из заброшенных шахт. [12]
Агентство по охране окружающей среды США прогнозирует, что к 2020 году глобальные выбросы метана из угольных шахт по всему миру превысят 35 миллионов тонн или 800 миллионов тонн выбросов в эквиваленте CO 2 и составят 9% всех глобальных выбросов метана . На Китай приходится более 50% общего объема, за ним следуют США (10%) и Россия (7%), а затем идут Австралия, Украина, Казахстан и Индия (по 3-4%). К 2015 году около 200 шахт во многих странах внедрили технологию улавливания около 3 миллионов тонн метана либо для экономического использования, либо для снижения выбросов с помощью газовых факелов или термических окислителей . [12]
Обнажения, пласты или пласты вблизи поверхности также иногда пронизаны скважинами для добычи и улавливания метана, и в этом случае он классифицируется как форма нетрадиционного газа . [13] Такое улавливание метана из угольных пластов может уменьшить объем утечки газа, которая в противном случае произошла бы естественным путем, одновременно увеличивая выбросы углекислого газа, когда топливо используется в другом месте. [14] [15]
По оценкам МЭА в 2019 году, около 40 миллионов тонн метана было выброшено в результате всех видов деятельности, связанных с добычей угля. В эту общую сумму входят все выбрасываемые, неорганизованные и просачивающиеся выбросы. [7] [16]
На газовых месторождениях приобретение непопутного нефтяного газа (т.е. другой формы сырого природного газа) является основной финансовой целью, и очень немногие из них являются нежелательными по сравнению с газом, добываемым на нефтяных месторождениях или угольных шахтах. Вместо этого большая часть выбросов происходит во время транспортировки по трубопроводам к торговым и распределительным центрам , нефтеперерабатывающим заводам и потребительским рынкам. [6] : 6–8
Министерство энергетики США сообщает, что большая часть выбросов в газовой промышленности США в 2017 году произошла на компрессорных станциях и от пневматических контроллеров и регуляторов . [6] : 7 Усовершенствованные стратегии технического обслуживания и передовые технологии оборудования либо существуют, либо разрабатываются для уменьшения таких выбросов. [17]
Глобальные оценки МЭА в 2019 году также указывают на то, что около 23 миллионов тонн метана было выброшено из всех сегментов газовой промышленности, включая наземный традиционный газ , морской газ , нетрадиционный газ и добычу газа . Если включить количество выбросов в результате неорганизованных выбросов, то их общая оценка составит около 43 миллионов тонн. [8]
Попутные нефтяные и угольные газы иногда считались неприятными, опасными и малоценными: «бесплатным» побочным продуктом, связанным с более прибыльной с финансовой точки зрения добычей угля или жидких углеводородов, с которой приходилось иметь дело. Рост международных газовых рынков, инфраструктуры и цепочек поставок во многом изменил эту ситуацию. Также становится все более стандартной практикой:
Сегодня экономически целесообразно разрабатывать даже относительно небольшие залежи углеводородов, содержащие непопутный газ (т.е. с небольшим количеством нефти или вообще без нее), вблизи рынка или экспортного маршрута, а также крупные, удаленные залежи.
Ископаемый газ недавно пропагандировался некоторыми защитниками отрасли и политиками как «промежуточное топливо», которое могло бы привести к наименьшему количеству отходов и, следовательно, к экологическому ущербу и сопутствующим экономическим потерям при переходе от ограниченных запасов ископаемого топлива к более устойчивым источникам. [18] Тем не менее, фактические объемы метана, выбрасываемые в совокупности по цепочке поставок, оказывают краткосрочное воздействие на потепление климата, которое уже конкурирует и может превзойти воздействие использования угля и нефти. [19]
Выбросы и другие выбросы газообразных углеводородов неуклонно увеличивались на протяжении всей индустриальной эпохи наряду с быстрым ростом производства и потребления ископаемого топлива. [20] По оценкам Международного энергетического агентства, общие ежегодные выбросы метана только в нефтегазовой отрасли выросли примерно с 63 до 82 миллионов тонн за период с 2000 по 2019 год; средний прирост составляет около 1,4% в год. [7] [21] В мировом масштабе, по оценкам МЭА, геологическая добыча угля, сырой нефти и природного газа ответственна за 20% всех выбросов метана. [16] Другие исследователи обнаружили доказательства того, что их вклад может быть значительно выше; 30% и выше. [22] [23]
Концентрация метана в атмосфере за последнее столетие увеличилась почти вдвое и уже в 2,5 раза выше, чем в любой момент за последние 800 000 лет. [24] Метан является мощным согревающим газом, несмотря на то, что его содержание меньше по сравнению с углекислым газом в атмосфере. Атмосферный метан ответственен как минимум за четверть и даже за треть изменений радиационного воздействия , которые приводят к краткосрочному потеплению климата . [2] [25] [26]
Этан , пропан и бутан , составляющие природного газа, имеют гораздо более короткое время жизни в атмосфере (от 1 недели до 2 месяцев) по сравнению с метаном (1-2 десятилетия) и углекислым газом (1-2 столетия) . Следовательно, они плохо смешиваются с атмосферой и имеют гораздо более низкую численность в атмосфере. [27] Тем не менее, их окисление в конечном итоге приводит к созданию долгоживущих углеродных соединений, которые также нарушают атмосферу и планетарный углеродный цикл различными сложными путями. [28]