Von Flugzeugen gesammelte Erdgasfackelproben zeigen große Unterschiede bei den Stickoxid-Emissionsschätzungen

Das Abfackeln oder Verbrennen von Erdgas wird in Teilen der Vereinigten Staaten häufig zur Entsorgung des Gasnebenprodukts der Ölförderung eingesetzt. Durch die Verbrennung der Fackel werden Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt, was die Klimaauswirkungen verringert und die Sicherheitsbedenken des Erdgases vor Ort verringert, aber auch Stickoxide oder NOx erzeugt.

NOx – zu dem die hochreaktiven Gase Stickoxid und Stickstoffdioxid gehören – wirkt sich direkt und indirekt auf die Luftqualität aus. Der Clean Air Act verpflichtet die US-Umweltschutzbehörde (EPA), Stickstoffdioxid, die am weitesten verbreitete Form von NOx, aufgrund seines Einflusses auf die öffentliche Gesundheit und die Umwelt zu regulieren.

Derzeit misst die EPA die NOx-Emissionen von Fackeln anhand von Emissionsfaktoren, einem statischen Wert, multipliziert mit den vom Fackelbetreiber bereitgestellten Aktivitätsdaten. Trotz der Verbreitung von Abfackelungspraktiken in den USA wurde nur in wenigen Untersuchungen direkt gemessen, wie viel NOx-Abfackelungsvorgänge tatsächlich entstehen.

Im Rahmen des F3UEL-Projekts, dessen Ziel es ist, datengesteuerte Aktualisierungen der US-amerikanischen Öl- und Gasemissionsschätzungen bereitzustellen, hat ein von der University of Michigan geleitetes Forschungsteam die NOx-Produktion von realen Erdgasfackeln gemessen.

Die Ergebnisse werden veröffentlicht in Umweltwissenschaften und -technologie.

Das Forschungsteam sammelte Daten aus drei Regionen – Eagle Ford in Texas, Permian in Texas und New Mexico und Bakken in North Dakota –, die zusammen mehr als 80 % der in den USA abgefackelten Gasmengen produzieren

Ein mit hochpräzisen Instrumenten ausgestattetes Kleinflugzeug flog in diesen Regionen in Bodennähe und fing die gemischte Verbrennungsfahne der Fackeln ab. Die NOx-Abfackelemissionen wurden für jede Region anhand von Beobachtungen abgeleiteter Emissionsfaktoren aus 480 luftgestützten Abschnitten sowie regionalbasierten Schätzungen der Abfackelgasmengen geschätzt.

„Der Einsatz eines luftgestützten Ansatzes ermöglichte es uns, Fackeln in großen geografischen Gebieten zu untersuchen und eine Vielzahl von Betriebsbedingungen zu erfassen, ohne dass ein Bodenzugang zu den Standorten erforderlich war“, sagte Co-Autorin Genevieve Plant, stellvertretende Forschungswissenschaftlerin für Klima- und Weltraumwissenschaften bei der University of Michigan.

„Dies unterstreicht die Bedeutung der Messung von Emissionsquellen unter realen Betriebsbedingungen“, sagte Plant

Obwohl der mittlere Emissionsfaktor für jede Region innerhalb des von der Regulierungsbehörde in Texas verwendeten Wertebereichs lag, erzeugten einige Fackeln viel mehr NOx, wobei 20–30 % der Fackeln für 80 % der beckenweiten Fackel-NOx-Emissionen verantwortlich waren. Hochemissionsfackeln ließen die durchschnittlichen Emissionsfaktoren in der Bakken- und Perm-Region um das Zwei- bis Dreifache über dem von der EPA verwendeten Wert ansteigen.

„Unsere Messungen zeigen, dass einige Fackeln übermäßige Mengen an NOx ausstoßen und dass diese Fackeln größere Auswirkungen auf die Luftqualität haben als derzeit angenommen“, sagte Co-Autor Eric A. Kort, außerordentlicher Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften an der University of Michigan.

Eine verminderte Luftqualität könnte sich auf die Gesundheit der Arbeiter vor Ort sowie der geschätzten 17,6 Millionen Amerikaner auswirken, die im Umkreis von einer Meile um aktive Öl- und Gasquellen leben. In den in dieser Studie beobachteten Regionen leben 500.000 Menschen im Umkreis von fünf Kilometern um eine Fackel – eine Entfernung, die mit einer Fackel assoziiert ist erhöhtes Risiko einer Frühgeburt.

„Diese Arbeit, kombiniert mit früheren Ergebnissen des F3UEL-Projekts zu Methanemissionen aus Fackeln, zeigt, dass die Reduzierung des Volumens des abgefackelten Gases größere Vorteile für das Klima und die Luftqualität haben wird als bisher angenommen“, fügte Kort hinzu.