鲍勃·阿克利可能是唯一一个开车走遍华盛顿特区每一条街道(总共 1500 英里)的人。
虽然阿克利,一位说话直率的新英格兰人,很享受探索这个他形容为“美丽”的美国首都的过程,但这可是一项严肃的任务。他正在测量甲烷的泄漏量,甲烷是一种强效温室气体,也是天然气的主要成分。以对大气变暖的影响来衡量,甲烷的效力是二氧化碳的 25 倍。
今年一月,这位前天然气检查员与杜克大学尼古拉斯环境学院的科学家罗伯特·杰克逊和波士顿大学的内森·菲利普斯一起开车四处勘察。他们试图绘制该地区所有天然气泄漏点的地图,其中一些泄漏点不仅会造成气候变化,还可能构成安全隐患。
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“我花了 21 天,每天工作大约 14 个小时,”阿克利说。
该团队正在复制他们去年在波士顿所做的实验。在那里,和在华盛顿特区一样,他们驾驶着一辆配备了特殊传感器的汽车,这些传感器由加利福尼亚州圣克拉拉的 Picarro Inc. 公司制造,可以检测并绘制城市地下老化管道系统的泄漏点。
虽然哥伦比亚特区的结果尚未最终确定,但初步数据显示,美国首都有数千处天然气分配系统泄漏点。杰克逊表示,其每英里道路上的泄漏点数量与波士顿相似,但道路里程约为波士顿的两倍。
他还说,该地区的泄漏点似乎比波士顿的更大。在波士顿,研究人员统计了 3356 个泄漏点。他们还确定了泄漏点是来自天然气管道还是更多来自天然来源,例如垃圾填埋场,甲烷是由腐烂的垃圾产生的。
由于甲烷中的碳同位素比例不同,仪器可以确定甲烷是来自化石燃料来源还是来自垃圾填埋场或湿地。
老城市的问题
菲利普斯说,研究人员发现的大部分泄漏都来自管道系统。考虑到许多老城市中管道系统的老化程度,这并不奇怪。
“我们在波士顿看到的问题并非波士顿独有。它是东海岸的普遍特征,”菲利普斯说。
该团队使用的技术由 Picarro 公司首创。它使研究人员能够测量泄漏点及其甲烷浓度,并绘制其地图。这是工作的第一阶段。
接下来,他们尝试更多地了解各种泄漏点的气体释放到大气中的速率。为此,研究人员必须进行第二次考察,返回到具有代表性的一组泄漏点的来源地。
他们目前正在波士顿进行这项工作。菲利普斯说,许多泄漏点都在人孔处,或者在人行道与沥青路面相接的路缘上。
为了测量泄漏率,研究人员用一个已知体积的空容器覆盖泄漏区域,并测量容器中充满气体的速度。
菲利普斯说,一旦他们测量了各个位置的泄漏率,他们计划使用统计分布来表示对甲烷泄漏量的整体估计。研究人员计划将其与另一项实验的结果进行比较,在另一项实验中,传感器正在从建筑物顶部监测城市空气,观察有多少甲烷可以被测量到从城市上升到大气中。
从长期埋藏的管道中渗出
波士顿或哥伦比亚特区老化管道泄漏的甲烷量有多大,这一测量结果可能会改变天然气是否可以被视为更环保的能源。
查明泄漏点发生地点及其大小的工作仍处于起步阶段。
杰克逊和菲利普斯关注的天然气供应链的分配环节,涉及复杂的、可能存在泄漏的管道网络,尤其是在老城市。
虽然天然气公司肯定会优先堵住可能导致爆炸的泄漏点,但他们堵住那些不会造成爆炸风险的泄漏点的动力较少。
在像华盛顿这样的城市,管道分配系统由包括铸铁、未保护或受保护的钢、铜和塑料在内的管道材料组成。铸铁通常是最老旧且最容易泄漏的材料,尤其是在接头处,尽管其他管道材料也可能发生泄漏。
根据华盛顿天然气照明公司向管道和危险材料安全管理局报告的 2012 年数据,该公司在哥伦比亚特区拥有大约 1200 英里的管道。
其中,419 英里是铸铁。未保护的钢材不到 100 英里,剩余的大部分分布在涂层钢材和塑料之间。
太小而不会爆炸
天然气公司优先查找并修复任何被认为是“1 级”的泄漏。这些是可能存在爆炸危险的泄漏点,气体正在聚集和浓缩。如果气体泄漏到大气中且不构成安全隐患,则可能不会被优先修复。
该公司企业传播总监鲁本·罗德里格斯在一封电子邮件中写道:“根据泄漏的严重程度,[运输部]的指南规定了我们的工作人员是立即修复泄漏,还是在稍后跟进修复。”
虽然看起来天然气公司会优先修复任何大型泄漏,因为这些泄漏会导致利润损失,但杰克逊表示,这些经济激励措施并不总是像人们想象的那样强烈。
天然气公司计算他们发出的天然气量与在客户家中或企业计量的天然气量之间的差额。这种差异主要是由泄漏以及天然气发出地和计量地之间的天然气测量中的压力和温度误差造成的,被称为“丢失且无法解释的”天然气。
一些公用事业委员会允许公用事业公司向客户收取此差额的费用。据《华盛顿邮报》 3 月份报道,在哥伦比亚特区,该项收费占客户每月费用的 3%。
杰克逊说:“我认为天然气公司通常知道大的泄漏点在哪里。我们走下车在街上开始采样是很常见的事情,然后就会有人从房子或餐馆里走出来说:‘你们在做什么?’当我们告诉他们我们正在寻找天然气泄漏点时,就会有人说:‘我多次打电话报告过这个泄漏点。’”
杰克逊很快指出,他在华盛顿特区和波士顿的工作目的不仅仅是告诉天然气公司他们有数千个泄漏点。相反,它的目的是了解哪些泄漏点值得堵住,以及它们在整个系统中的分布情况。
杰克逊说,如果研究人员能够确定 10% 的泄漏点泄漏了 90% 的天然气(这并非不可能),那么修复少数泄漏点将大大减少温室气体排放。
他说:“对我们来说,说‘波士顿有 3300 个泄漏点;去把它们都修好’是没什么用的。说‘如果我们修复这 100 个泄漏点,我们将防止 50% 的天然气从系统中泄漏出去’会更有用。”
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