根据哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的一项新研究，美国城市中天然气分配和使用产生的甲烷排放量比环境保护局最近的估计值高出 2 到 10 倍。
在波士顿，天然气系统的甲烷排放量是马萨诸塞州 DEP 近期估计值的六倍，并且在八年内没有显着变化，尽管立法旨在修复天然气管道的泄漏。
甲烷是仅次于二氧化碳的最有效的温室气体。减少甲烷排放对于减缓全球变暖的步伐至关重要。虽然 CO2 具有更持久的影响，但甲烷在大气中的前 20 年的变暖能力是 CO2 的 80 倍以上，为近期变暖设定了步伐。
该研究由哈佛大学、波士顿大学、美国国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室和环境保护基金合作开展，利用大气中甲烷和乙烷浓度的测量数据来跟踪波士顿八年来的排放情况。研究人员发现，一半以上的排放可能来自管道以外的其他来源，包括压缩站、仪表、锅炉和熔炉等设备，以及其他所谓的终端排放源。
该研究发现，城市天然气管道和终端排放源的甲烷排放量占美国天然气甲烷排放总量的 20% 至 36%，明显高于之前的估计，后者发现这些来源仅占负荷的 6% 左右.
“估算天然气系统排放的传统方法缺少甲烷排放的重要来源，”该研究的资深作者、SEAS 大气与环境科学的 Abbott Lawrence Rotch 教授 Steven Wofsy 说。“如果城市和州想通过有意义的立法来遏制排放，他们需要知道排放来自哪里，它们如何随时间变化，以及为减少排放而制定的政策是否奏效。”
该研究发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上。
今天，石油和天然气系统约占美国人造甲烷排放量的 30%，随着天然气成为越来越重要的能源，这一数字一直在稳步上升。
“随着我们转向绿色能源，天然气已作为过渡燃料出售——但其低温室排放取决于低损失率，因为逸出的任何甲烷量都会对气候产生强烈影响，”玛丽安萨金特说， SEAS 环境科学与工程研究科学家，该论文的第一作者。
城市使用所谓的自下而上的方法计算天然气的甲烷排放量，对各种排放源进行采样，并为每个源生成平均排放率。但是，当将这些估计与大气中实际甲烷的测量值进行比较时，存在巨大差异。
造成这些差异的原因是什么?
为了回答这个问题，研究团队设计了一项自上而下的研究，从大气测量开始，然后向后追踪排放。研究人员在波士顿的两个地点安装了传感器——波士顿大学的屋顶和科普利广场的一座高楼顶部——以及波士顿郊外哈佛森林的三个地点，分别是马萨诸塞州彼得舍姆、新罕布什尔州迦南和马萨诸塞州马什皮。传感器从 2012 年 9 月到 2020 年 5 月连续运行。
为了区分天然气与垃圾填埋场等其他甲烷来源的排放，传感器测量了甲烷和乙烷的水平，甲烷和乙烷是天然气排放的化合物，但其他甲烷来源不排放。使用考虑风和大气湍流的模型，研究团队能够以一公里的分辨率计算波士顿地区的天然气排放量。
该研究显示，排放量比最新估计值高出三倍，比该州仍在使用的 2018 年研究高出六倍。尽管颁布了旨在通过强制修复泄漏管道来控制排放的立法，但八年来排放量保持不变。
“这似乎是一场打地鼠游戏，每次修复泄漏时，都会出现新的泄漏，”萨金特说。
研究人员还注意到排放量随季节变化。由于管道全年都处于加压状态，因此季节性排放必须与管道末端的消耗量相关，例如住宅、工业和商业建筑中的电器，如锅炉、熔炉和炉灶或流量计和增压压缩机。
2020 年 4 月的 COVID-19 封锁揭示了排放与消费之间的关系。波士顿大学传感器的排放量在锁定期间下降了 40%，因为附近的许多建筑物都显着减少了热量、热水或炉子的使用。
研究人员发现，这些季节性的、基于消费的排放量约占波士顿天然气总排放量的 56%。
“我们没想到排放量和消费量之间存在如此密切的关系，”萨金特说。“这一发现表明，政府需要关注的不仅仅是管道的排放，并提供更多证据表明我们应该从天然气转向可再生能源，为我们的城市供暖和供电。”
