本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
早在三月份，我就撰写过关于石油和天然气井因没有可用管道而以燃烧或排放形式浪费的大量能源的文章，称其为下一个伟大的能源效率机会。
幸运的是，哪里有能源浪费，哪里就有机会利用这些能源做一些有用的事情。现在，一种利用燃烧的天然气做有用的事情的新方法出现了：从大气中收集水，这样就可以用来抵消液压破碎或“压裂”所需的大量水。
在最近一期的《机械工程》杂志的封面故事中，德克萨斯大学奥斯汀分校的教授瓦伊巴夫·巴哈杜尔介绍了他利用燃烧的天然气从稀薄的空气中提取水的方法，并讨论了该方法如何显著抵消液压破碎的部分用水需求。
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虽然一口普通的传统油气井的钻探大约需要 250,000 加仑的淡水，但一口井的液压破碎大约需要 250 万加仑的水，是前者的十倍，才能产生巨大的压力来破裂地下页岩地层并从其孔隙中引出石油和天然气。与此同时，大量的液压破碎活动发生在水资源稀缺的地区。大约 48% 的美国油井位于极度缺水的地区，那里 80% 以上的可用淡水已经分配给农业、发电和人类消费。
巴哈杜尔和他的团队看到了德克萨斯州和北达科他州等地区液压破碎井中燃烧的大量天然气，并看到了一个机会，可以利用燃烧的天然气释放的热量，通过吸收式制冷过程来冷凝潮湿的空气，从而从大气中收集水。吸收式制冷机本质上是一种利用热量而不是电力运行的空调或冰箱。这听起来可能像是一个热力学谬论，但吸收式制冷机绝不是一项新技术。使用吸收式制冷过程的丙烷冰箱在今天的房车和其他便携式应用中很常见。
巴哈杜尔和他的团队希望利用吸收式制冷过程，利用燃烧的天然气从潮湿的大气空气中冷凝水。本来会被燃烧和浪费的清洁天然气将被用于为吸收式制冷机提供动力，即一种热动力空调，它可以冷却潮湿的空气，从中冷凝出水。（图片来自 巴哈杜尔，2016 年）
在最近发表于《环境研究快报》上的一篇论文中，巴哈杜尔和他的研究生伊纳克希·维克拉马纳亚克量化了使用他们提出的从大气中收集水的技术，可以在多大程度上减少美国各地区液压破碎的淡水需求。他们发现，仅德克萨斯州油井燃烧的天然气量每年就可以从大气中收集超过 60 亿加仑的淡水，即每天超过 1600 万加仑。虽然这些数字代表了利用所有可用的燃烧天然气的总集水潜力，但他们计算出，即使在德克萨斯州的一口天然气井中只安装一个系统，每天也可以生产多达 30,000 加仑的水。
巴哈杜尔和他的研究生根据可用的燃烧天然气量和环境天气条件，计算了美国各地区可以从大气中收集的水量。（图片来自维克拉马纳亚克等，2016 年）
巴哈杜尔的研究很重要，因为美国能源信息署的最新数据显示，尽管油价低迷以及美国石油和天然气钻探放缓，但燃烧或排放的天然气量仍然很大。虽然自 2015 年以来，燃烧损失的天然气量已显著下降，但仅在 2016 年 3 月，北达科他州每天仍有超过 1.5 亿立方英尺的天然气被燃烧。这足够利用巴哈杜尔提出的方法每天收集超过 1400 万加仑的淡水。
虽然近年来燃烧量已显著下降，但仅在北达科他州燃烧的天然气量仍然足以利用大气集水每天生产超过 1400 万加仑的淡水。（图片来自美国能源信息署，2016 年）
虽然巴哈杜尔提出的从大气中收集水的方法具有很大的潜力，但它尚未在现场进行测试。然而，有许多依靠电力运行的大气集水装置。为了使他们提出的技术成为现实，巴哈杜尔和他的学生将继续在案例研究中对该系统进行建模，以揭示该技术对石油和天然气钻探商的精确价值主张。由于在某些地区输送水的成本高达每加仑 15 美分，他们希望他们的系统能够利用燃烧天然气的“免费”能源来降低水成本。他的研究小组还希望开发方法，使他们的吸收式制冷系统足够小，可以部署在标准的 18 轮卡车上，以便根据需要在偏远地区快速部署。