«Сланцевый газ является многообещающим», — сказал Ю, доцент кафедры химической и биологической инженерии Северо-западной школы инженерии и прикладных наук Маккормика. «Неважно, нравится вам это или нет, он уже существует. Вопрос, на который мы хотим ответить: как мы можем помочь этой отрасли сделать ее более устойчивой?»Вы разработали вычислительные модели для анализа жизненного цикла электроэнергии, произведенной из сланцевого газа, «от скважины к сети».
Его модели учитывают несколько этапов процесса, включая сбор пресной воды, бурение сланцевых скважин, гидроразрыв, добычу и переработку газа, управление сточными водами и выработку электроэнергии, а также транспортировку и хранение. Вы полагаете, что, обнаружив оптимальную схему и операции для цепочки поставок сланцевого газа, Соединенные Штаты выиграют как с экологической, так и с экономической точки зрения.Результаты исследования Ю были опубликованы при поддержке Института устойчивого развития и энергетики Северо-Запада в июньском выпуске журнала ACS Sustainable Chemistry. Инженерное дело.
Цзяо Гао, аспирант лаборатории Ю, был первым автором статьи.Трудно игнорировать экономические преимущества сланцевого газа. По данным Управления энергетической информации США, сланцевый газ может стать доминирующим источником топлива в течение 10–20 лет, что позволит Соединенным Штатам стать энергетически независимыми.
Но многие задаются вопросом, перевешивают ли экологические недостатки экономические выгоды. Для извлечения сланцевого газа из недр Земли рабочие используют комбинацию гидроразрыва пласта и горизонтального бурения.
Для успешного проведения гидроразрыва требуется от 4 до 6 миллионов галлонов пресной воды на скважину, которую затем смешивают с химикатами и песком и закачивают в пробуренную скважину, чтобы разбить сланцевую породу и выпустить скрытый в ней газ. Когда вода смывается обратно на поверхность, она загрязняется солью, загрязняющими веществами и даже некоторыми радиоактивными химическими веществами. Кроме того, открытые скважины также выделяют метан.«Мы говорим о двуокиси углерода и думаем, что это плохо, потому что вызывает глобальное потепление», — сказал Вы. «Но метан еще хуже.
Одна единица метана в 86 раз хуже, чем одна единица углекислого газа из двухлетнего горизонта, с точки зрения ее способности удерживать тепло в атмосфере».С помощью моделирования Вы обнаружили, что эти проблемы можно смягчить путем реструктуризации цепочки поставок. Во-первых, вы рекомендуете использовать сеть трубопроводов для транспортировки пресной воды к буровым площадкам и транспортировки сланцевого газа на перерабатывающие предприятия и электростанции.
Убрав грузовики из уравнения, промышленность сэкономит на газе и сократит выбросы выхлопных газов.Затем вы предлагаете разработать более точный график бурения.
После бурения вертикальной сланцевой скважины рабочие пробуривают больше скважин по горизонтали, чтобы достичь большего количества целей. Горизонтальное бурение может дать от 20 до 30 скважин в одном месте.
Для этого требуется больше воды, транспортировки и хранения, чем необходимо для удовлетворения спроса, и при этом выделяется больше метана. Благодаря равномерному распределению буровых работ на каждой скважине в течение многих лет вместо бурения всех сразу, отрасль сможет избежать транспортировки газа в хранилища для долгосрочного хранения. Это также уменьшит количество воды, необходимое за один раз. В результате объекты могут быть спроектированы с более подходящей мощностью, уменьшая капитальные вложения и негативное воздействие на окружающую среду.
Наконец, вы оценили способы обращения с сильно загрязненными сточными водами, которые являются побочным продуктом гидроразрыва. Некоторые компании утилизируют его в заброшенных колодцах. Но из-за того, что таких колодцев немного, им приходится преодолевать все большие и большие расстояния, чтобы найти колодцы, в которых есть место для захоронения. Другой вариант — очистить воду, что затруднительно из-за большого объема.
«Обработка воды на месте требует много энергии», — сказал Вы. «Технологии очистки, такие как обратный осмос, требуют электричества, которое может поступать от угольной электростанции. Сброс воды в колодец проще и дешевле, но не на длительный срок. Анализ жизненного цикла показал, что очистка воды на самом деле является более экологичное решение ".Хотя обработанная вода может быть непригодной для питья, ее можно повторно использовать в технологическом процессе и снова использовать для гидроразрыва.
Это сокращает выбросы грузовиков и расходы на транспортировку воды на удаленные объекты. И чем больше времени грузовик проводит в дороге, тем больше вероятность того, что загрязненная вода вытечет.
Вы сказали, что, поскольку отрасль сланцевого газа молода, компании все еще учатся ею управлять. Он считает, что оптимизация операций поможет отрасли лучше контролировать всю систему. Это не только принесет компаниям финансовую выгоду, но и нанесет меньший ущерб окружающей среде.
«Мы хотели узнать, существует ли беспроигрышная стратегия», — сказал Вы. "Действительно есть".