- 2023年のカザフスタン Karaturun East 油田の303号井噴出事故は、205日間続く大規模なメタン漏出へと発展し、複数の衛星観測を組み合わせることで時間帯別の排出変化が再構成された
- Sentinel-5P/TROPOMI、GHGSat、PRISMA、EnMAP、EMIT、Sentinel-2、Landsatを併用し、日次の全球監視と高解像度の標的観測のギャップを相互に補完した
- 2023年6月9日から12月25日までにメタンプルーム115件が検出され、品質選別を通過した48件の排出率は3.6 ± 1.3〜63 ± 42 t/hの範囲で、一般的には20〜50 t/hの水準だった
- 総メタン排出量は131 ± 34 ktと推定され、2023年のカザフスタンのエネルギー部門に対するIEA推定値2,898 ktの4.5%、石油・ガス部門に限ると7%に相当する
- Karaturun East の事例は、Aliso Canyon、Ohio、Louisianaの油井噴出事故の推定値を上回り、衛星ベースのメタンマッピングが長期漏出を定量化できるほど成熟したことを示している
Karaturun East 漏出の規模
- カザフスタンの Mangistau 地域にあるKaraturun East 油田で、2023年6月9日朝、探査作業中に303号井の噴出事故と火災が発生した
- 火災により複数の安全装置が破壊され、油井の制御喪失と約10 mの高さの炎につながった
- 数日後、油井周辺の岩盤が崩壊して幅15 mのクレーターが生じ、早期の封止が困難になった
- 2023年10月13日から11月20日まで、2本の注入井に数千トンの水を投入してガス漏出の緩和を試みたが、完全には解決しなかった
- 2023年12月25日、深さ約1000 mで事故井の坑井と接続された特別目的プローブを通じて重い掘削泥水を注入し、ガス流と火災が停止した
衛星観測が必要だった理由
- 人為起源のメタン排出は、産業化以前以降の全球温暖化の約30%に責任がある
- 石油・ガス産業はメタン排出の大きな割合を占め、この部門の排出削減は技術的に可能で費用対効果も高い
- 油井噴出事故は掘削・仕上げ・生産過程での予期しないインフラ障害と結びついており、主にメタンから成る炭化水素が制御されずに放出されることがある
- 遠隔地での事故では地上・航空測定の確保が限られるため、油井噴出事故によるメタン排出を全球的に把握するのは難しい
組み合わせた衛星観測体制
- 分析チームは、205日間の漏出変化を再構成するため、異なるメタン検出衛星の観測時系列を作成した
- TROPOMIは2018年以降、大規模なメタン排出に対する日次の全球監視を提供しており、今回の事例でも初期数週間をサンプリングするうえで重要だった
- 高解像度のハイパースペクトル衛星は、TROPOMIより観測頻度は低いものの、より高い空間解像度で小さなプルームを検出し、施設レベルの排出源に帰属できる
- GHGSatは25〜50 m解像度でメタンと二酸化炭素のマッピング向けに設計された民間衛星群である
- PRISMA、EnMAP、EMITは、30〜60 mサンプリングでメタンに比較的高い感度を持つ科学ミッションである
- Sentinel-2とLandsatのマルチスペクトル放射計は、ハイパースペクトル衛星よりメタン感度は低いが、20〜30 mの空間サンプリングで数日ごとの体系的な全球観測を提供する
データ処理と定量化の方法
- 公開されている高解像度ミッションには、そのまま使えるプルーム排出率プロダクトがないため、メタン濃度増加量（ΔXCH4）マップとプルーム検出を直接生成した
- 濃度増加量を排出率へ変換する際にはIMEモデルを使用し、風情報はGEOS-FPデータプロダクトから取得した
- PRISMA、EnMAP、EMITの処理では、Karaturun East で観測された大きく高濃度なプルームに合わせて matched-filter 検索方式を最適化した
- 対数版の matched-filter 検索を実装した
- matched-filter 統計の計算時にプルーム画素を除外した
- 各ハイパースペクトル機器向けのIME-Qモデルを構築し、一貫した時系列を確保した
- GHGSatについては、公式ユーザープロダクトのプルームマップと排出率推定値を使用した
- TROPOMIには、今回の事例条件に合わせた別個の処理構成を適用した
- 複数の惑星境界層パラメタリゼーションと気象場を用いた大規模モデルシミュレーションにより各プルームを再現した
- 不確実性推定には全アンサンブルアプローチを用いた
- 海岸下流のアーティファクトの可能性に対応するようフィルタリングを調整した
- 総排出量は、品質選別を通過した排出率時系列に3次多項式を当てはめたうえで積分して算出し、不確実性は Monte Carlo シミュレーションで推定した
観測結果
- 2023年6月9日から12月25日まで、現場でメタンプルーム115件が検出された
- 雲のない観測、検索アーティファクトがないこと、プルームのかなりの部分が画像領域の外に出ていないこと、などを基準に選別した結果、48件が排出率の定量化に使用された
- 推定排出率は3.6 ± 1.3〜63 ± 42 t/hの範囲で、一般的な値は20〜50 t/h程度だった
- 最大の排出率は噴出事故直後の数週間に現れ、12月25日に漏出が制御されるまでプルーム強度は徐々に低下した
- 12月25日にもGHGSatが12 ± 3 t/hの比較的大きなプルームを検出しており、衛星が最終復旧措置の直前に現場上空を通過した可能性と一致する
- 2024年1月1日、12日、14日の3回の観測ではメタン信号が見られず、排出が衛星の検出限界未満に低下したか、完全に復旧した可能性がある
火災活動と燃焼の限界
- VIIRSベースのFIRMS火災放射力データによれば、最も強い火災は油井噴出事故直後に発生し、約20日間比較的高い強度を維持した
- その後も高解像度衛星の火災検出により、現場の火災が継続して活動状態にあったことが確認されたが、強度は低下した
- 今回の事例の火災強度は、石油・ガス施設の強いフレアよりかなり低く、2019年の Louisiana 油井噴出事故の火災強度よりも低かった
- 現場写真と報道に基づくと、噴出混合物には相当量の水が含まれていた可能性が高い
- 水を含む混合物は放射熱損失によって油井温度を下げ、ガス流出の着火を妨げた可能性があるが、燃焼が弱いことはメタン排出の減少を意味しない
既存の大規模漏出との比較
- Karaturun East 事例の総メタン排出量は131 ± 34 ktと推定される
- この値は、IEAが2023年のカザフスタンのエネルギー部門について推定した2,898 ktの4.5%に相当し、石油・ガス部門だけを基準にすると7%である
- 2015年の Aliso Canyon 事例は97 ktで、通常の石油・ガス運用でこれまで文書化された最大のメタン漏出と見なされてきた
- Karaturun East の排出量は、2018年の Ohio 油井噴出事故の60 ± 15 kt、2019年の Louisiana 油井噴出事故の21〜63 kt推定値も上回る
- 2022年9月26日の Baltic Sea における Nord Stream 1・2 海底双子パイプライン破壊工作は420〜490 ktと推定され、Karaturun の2023年噴出事故より大きな排出を引き起こした可能性がある
衛星組み合わせの役割と限界
- GHGSatがなくても、他ミッションの多くの観測により同様の総メタン排出量推定値を得ることができた
- ただしGHGSat観測は、他の衛星による有用な観測がなかった漏出最後の数週間を再構成するうえで重要だった
- GHGSatを含む高感度ハイパースペクトルデータだけを使っていた場合、排出率が最も高かった初期数週間を取り逃し、総排出量を過小評価していたはずである
- 現在の公開ハイパースペクトルデータは、特定現場を観測するために tasking が必要で、一般に高速な再訪観測を提供できない
- TROPOMIとマルチスペクトル衛星は、体系的で高頻度な全球観測を提供し、漏出の初期検出と変化把握に重要である
- Karaturun East のように排出が比較的高い検出しきい値、通常約10 t/hを下回ると、TROPOMIとマルチスペクトル衛星の活用は難しくなる
- 異なる機器、メタン検索方式、プルーム定量化手法を組み合わせた時系列でも、個別の排出率推定値に関する衛星別バイアスは観測されなかった
- UNEPのMethane Alert and Response System(MARS)、MethaneSAT、Carbon Mapperのような新しいメタン監視体制と衛星ミッションは、大規模メタン漏出の検出と定量化でさらに重要になるとみられる
1件のコメント
Hacker News のコメント
より優れた衛星・航空測量データを見ると、石油・ガス関連のメタン排出量は業界報告よりはるかに多いことが分かる
生産、送電、配送、最終利用まであらゆる段階で、独立研究者が調べるたびに従来の想定より漏出が多く、その想定の根拠が長年にわたり業界提供の数値だったことが核心だ
特に漏出が深刻な生産ルートでは、100年基準の影響が石炭より大きくなるほどだ。たとえば New Mexico Permian の一部地域では**漏出率 9%**に達する。メタンを燃やすと石炭比で CO2 は半分程度だが、メタンの温室効果ポテンシャルは100年基準で CO2 の20倍なので、総温室効果に180%を上乗せすべきであり、パイプラインの他の漏出を考慮しなくても石炭より40%悪い
https://sustainability.stanford.edu/news/methane-leaks-are-f...
現実とはほとんど無関係な単純な掛け算であり、消費者が LAUG コストを負担する一方で、公益事業者はインフラ費用について10%の利益を保証されている。漏出が多い配管の交換補助金まで合わさって、漏出修理よりも古い化石燃料インフラの更新といった不要な投資が優先される
排出を当初考えていた水準まで減らせるなら、良い知らせかもしれない
長期間にわたって排出が一定だと仮定する場合にのみ意味がある
推定値がメタン 131ktとはかなり大きい
100年基準の地球温暖化影響では CO2 約3.93メガトンに相当し、Iceland や Malta のような小国の年間排出量に近い水準だ
メタン漏出が本当に恐ろしく感じられるのは、地球温暖化で永久凍土が溶け、ツンドラ一帯にシンクホールが生じる現象を見るときだ
以前は凍っていた有機物が腐敗し、巨大なメタンの泡ができ、十分大きくなると爆発して大きな穴を残し、その後に水がたまる
ここから漏れるメタン量は莫大だと推定されるが、全面的な観測がなければ正確には分からない
メタンは価値ある資源なのにメタン漏出問題を解決できていないのなら、CO2 を洞窟のような場所に注入する炭素回収は成功の見込みがほとんどないと思う
そうした技術を売り込む人たちは、詐欺師に近いと考える
説明を見ると、この出来事は 2023年6月から11月ごろに Kazakhstan で起きたようだ
Turkmenistan の Darvaza gas crater の小型版のように聞こえる: https://en.wikipedia.org/wiki/Darvaza_gas_crater
私たちは結局耐えられないのでは？
それでも、気候変動を止められないからといって無力ではない
Dutch は海面上昇と戦う方法を知っており、Middle Eastern の建築は 50°C を超える空気の中でも人を涼しく保つ方法を知っており、Canadians は送電網を冬に耐えさせる方法を知っている
山火事のように今すぐ最適戦略がない脅威もあるが、私たちは一人ではないし、完全に無力でもない。ともに取り組む意思さえあれば、多くの命を救える
https://jonathanfranzen.com/what-if-we-stopped-pretending/
親切で、愛情を持ち、思いやりを育むこと、それくらいしかない
要は生き残るかどうかではない。エントロピーが敵であり最終的には勝つが、どうせ誰も生きては出られない。大事なのは、より良い人間になり、人を助け、状況を少しでも良くすることだ
私たちが持ちこたえるなら愛と思いやりによって持ちこたえるのであり、持ちこたえられなくても与えられた時間を無駄にしたことにはならない
豊かな国々が最も大きな苦しみを受けることになりそうだ
メタンプルームが噴出地点から2km 離れている
https://satellites.pro/Kazakhstan_map#A45.338220,52.376976,1...
おそらくパイプライン漏れの可能性が高い
気候変動がある段階に達したら、どの国の陰に隠れていようと、最大の汚染源に対して攻撃的な措置を取るべき時が来る気がする
とりわけ、こうした気候目標を弱めようとする勢力もあるだろう。US が軍事予算の一部を使って SEAL の爆破チームで汚染産業施設を無力化することもあり得るのではないかと思う
この考えに警戒を覚える前に言えば、US はすでにそうした作戦で実際に人を殺している。インフラだけを無力化するのは前例もあり、ずっと穏当にも見える
時間が十分あるなら、大気中のメタン除去をできるだけ進めるにはどうすればいいだろう？
除去が必要というより、新たな漏出を止めることのほうが重要だ
炭素が大フィルターなのだろうか？
Venus は炭素が多すぎて絶対にテラフォーミングできない、というかなり説得力のある文章を読んだことがある