安东尼·j·马切斯和丹·齐默尔著

天然气是取代煤这有助于应对气候变化，因为燃烧它产生的碳排放量更少。但生产和运输天然气会释放甲烷，这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，我们的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中甲烷排放的主要来源以及该行业在检测和减少(如果不能消除)甲烷排放方面所面临的挑战有了独特的看法。

我们的工作，以及其他许多研究项目，最近被合并成一项发表在杂志上的新研究科学。这张综合快照表明，石油和天然气作业的甲烷排放量远远高于目前EPA的估计。

甲烷有什么问题

量化甲烷泄漏程度的一种方法是将每年的甲烷排放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，从地下储层抽取的每立方英尺天然气中，有1.4%会流失到大气中。

这项研究综合了由环境保护基金会(EDF)协调的为期五年的16项系列研究的结果，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，以尽可能准确地估计美国所有石油和天然气作业排放的甲烷总量。它综合了大量近期研究的数据，以及在地面和空中进行的测量。

总而言之，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%。我们的新估计值与环保署目前估计值之间60%的差异可能会对气候产生深远的影响。

甲烷是一种极强的温室气体，在其释放后的头20年里，其对气候变暖的影响是二氧化碳的80多倍。

法国电力公司早些时候的一项研究表明，如果甲烷泄漏率超过3%，那么淘汰燃煤发电厂转而使用天然气发电厂不会立即对气候产生好处。

这意味着，即使泄漏率为2.3%，天然气在美国电力中所占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，甲烷泄漏率为2.3%，除了发电之外，天然气的许多其他用途对气候无疑是有害的。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消耗的汽油，需要泄漏率低于1.4%，才能立即产生气候效益。

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之前要经过漫长的旅程。

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，将天然气输送到你的家里。

当你做一批煎饼时燃烧的天然气可能经过了1000英里或更多的路程，因为它经过了这个复杂的网络。在这个过程中，有足够的机会让其中一些泄漏到大气中。

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，以执行过程操作，如开启和关闭阀门。此外，数以万计的压缩机增加压力并将气体泵入网络，这些压缩机由燃烧天然气的发动机提供动力，它们的排气中含有一些未燃烧的天然气。

由于输送到你家的天然气含有85%到95%的甲烷，天然气泄漏主要是甲烷。由于甲烷的温室效应，它对气候构成了最大的威胁，而天然气中含有其他碳氢化合物，会降低区域空气质量，对人体健康有害。

盘点vs.飞机监视

的美国环保署温室气体清单是用一种像我们这样的专家称之为“自下而上”的方法来完成的。它需要统计全国所有的天然气设备——从家用燃气表到井台——并估计每种类别的年平均排放量，并将其全部加起来。

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，当组件操作不当或发生故障时，排放量会急剧增加，这使得很难为每个源制定准确而有意义的年排放量。

“自上而下”的方法，通常需要飞机，是另一种选择。他们测量了大片地理区域顺风和顺风处的甲烷浓度。但这种方法也有其自身的缺点。

首先，它捕获了所有的甲烷排放，而不仅仅是与天然气开采有关的排放——包括来自垃圾填埋场、奶牛，甚至是你后院腐烂的树叶的甲烷。其次，这些一次性快照可能会被扭曲，这取决于飞机在捕捉甲烷数据时发生的事情。

从历史上看，自上而下的方法估计的排放量大约是自下而上估计的两倍。一些地区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%。

最近的工作，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。

有用的小工具和健全的政策

2013年10月一个阳光明媚的早晨，我们的研究团队停在德克萨斯州的一个天然气收集压缩站前。使用一台价值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，操作员看不见，他们迅速隔离并解决了这个问题。

我们亲眼目睹了甲烷排放量下降了10倍，设备泄漏率从9.8%下降到0.7%。

当然，为所有天然气工人配备价值8万美元的摄像头，或者雇佣司机每天监控每个井场，在经济上是不可行的，因为仅在科罗拉多州的维尔德县就有4万口石油和天然气井。

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。其中一些设备可以在今天部署，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这个问题。我们认为，削减全国的甲烷泄漏率需要工业界和政府之间的合作努力。根据我们在科罗拉多州的经验(该州制定了一些全国最严格的甲烷排放法规)，我们发现，有了强有力的法规，最佳做法就会成为标准做法。

我们认为，特朗普政府推翻监管的努力，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为减少其产生的污染所做的努力。

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