- Vụ nổ giếng số 303 tại mỏ dầu Karaturun East ở Kazakhstan năm 2023 đã dẫn đến một đợt rò rỉ methane quy mô lớn kéo dài 205 ngày, và việc kết hợp nhiều quan sát vệ tinh đã cho phép tái dựng biến động phát thải theo thời gian
- Sentinel-5P/TROPOMI, GHGSat, PRISMA, EnMAP, EMIT, Sentinel-2 và Landsat được sử dụng cùng nhau để bù đắp lẫn nhau giữa giám sát toàn cầu hằng ngày và quan sát mục tiêu độ phân giải cao
- Từ ngày 9/6 đến 25/12/2023, 115 plume methane đã được phát hiện; trong đó 48 trường hợp vượt qua bước sàng lọc chất lượng có tốc độ phát thải trong khoảng 3.6 ± 1.3 đến 63 ± 42 t/h, và nhìn chung thường ở mức 20–50 t/h
- Tổng lượng methane phát thải được ước tính là 131 ± 34 kt, tương đương 4.5% ước tính 2,898 kt của IEA cho lĩnh vực năng lượng Kazakhstan năm 2023, và là 7% nếu chỉ tính riêng lĩnh vực dầu khí
- Sự cố Karaturun East vượt qua các ước tính trước đây tại Aliso Canyon, Ohio và các vụ nổ giếng ở Louisiana, cho thấy lập bản đồ methane bằng vệ tinh đã đủ trưởng thành để định lượng các vụ rò rỉ kéo dài
Quy mô vụ rò rỉ Karaturun East
- Tại mỏ dầu Karaturun East ở khu vực Mangistau, Kazakhstan, vào sáng 9/6/2023 đã xảy ra vụ nổ và cháy ở giếng số 303 trong quá trình thăm dò
- Đám cháy đã phá hủy nhiều thiết bị an toàn, dẫn đến mất kiểm soát giếng và xuất hiện ngọn lửa cao khoảng 10 m
- Vài ngày sau, đá xung quanh giếng sụp xuống tạo thành miệng hố rộng 15 m, khiến việc bịt kín sớm trở nên khó khăn
- Từ ngày 13/10 đến 20/11/2023, hàng nghìn tấn nước đã được bơm vào hai lỗ bơm để giảm rò rỉ khí, nhưng không giải quyết triệt để
- Ngày 25/12/2023, dòng khí và đám cháy chấm dứt khi người ta bơm dung dịch bùn khoan nặng thông qua một đầu dò chuyên dụng được nối với lỗ khoan của giếng gặp sự cố ở độ sâu khoảng 1000 m
Vì sao cần quan sát bằng vệ tinh
- Phát thải methane do con người gây ra chịu trách nhiệm cho khoảng 30% mức nóng lên toàn cầu kể từ thời kỳ tiền công nghiệp
- Ngành dầu khí chiếm tỷ trọng lớn trong phát thải methane, và việc cắt giảm phát thải ở lĩnh vực này nhìn chung khả thi về mặt kỹ thuật và hiệu quả về chi phí
- Nổ giếng thường gắn với các sự cố hạ tầng ngoài ý muốn trong quá trình khoan, hoàn thiện và khai thác, khiến hydrocarbon chủ yếu gồm methane có thể thoát ra ngoài không kiểm soát
- Với các sự cố ở vùng xa, việc thu thập số đo mặt đất hoặc trên không bị hạn chế, khiến khó đánh giá phát thải methane từ nổ giếng ở quy mô toàn cầu
Hệ thống quan sát vệ tinh kết hợp
- Nhóm phân tích đã xây dựng chuỗi thời gian quan sát từ các vệ tinh phát hiện methane khác nhau để tái dựng biến động rò rỉ trong suốt 205 ngày
- TROPOMI từ năm 2018 đã cung cấp giám sát toàn cầu hằng ngày đối với các phát thải methane lớn, và trong sự cố này đặc biệt quan trọng để lấy mẫu vài tuần đầu tiên
- Các vệ tinh siêu phổ độ phân giải cao có tần suất quan sát thấp hơn TROPOMI, nhưng có độ phân giải không gian cao hơn để phát hiện plume nhỏ và quy nguồn phát thải tới cấp cơ sở
- GHGSat là chòm vệ tinh tư nhân được thiết kế để lập bản đồ methane và carbon dioxide ở độ phân giải 25–50 m
- PRISMA, EnMAP và EMIT là các sứ mệnh khoa học có độ nhạy methane tương đối cao ở mức lấy mẫu 30–60 m
- Máy đo bức xạ đa phổ Sentinel-2 và Landsat có độ nhạy methane thấp hơn vệ tinh siêu phổ, nhưng cung cấp quan sát toàn cầu có hệ thống vài ngày một lần với mức lấy mẫu không gian 20–30 m
Cách xử lý dữ liệu và định lượng
- Các sứ mệnh độ phân giải cao công khai không có sẵn sản phẩm tốc độ phát thải plume để dùng ngay, nên nhóm nghiên cứu tự tạo bản đồ mức tăng nồng độ methane (ΔXCH4) và phát hiện plume
- Khi chuyển mức tăng nồng độ thành tốc độ phát thải, họ dùng mô hình IME và lấy thông tin gió từ bộ dữ liệu GEOS-FP
- Quy trình xử lý PRISMA, EnMAP và EMIT được tối ưu hóa cho các plume lớn và nồng độ cao quan sát tại Karaturun East
- Triển khai phương pháp tìm kiếm matched-filter phiên bản log
- Loại bỏ các pixel plume khi tính toán thống kê matched-filter
- Xây dựng mô hình IME-Q cho từng thiết bị siêu phổ để có chuỗi thời gian nhất quán
- Với GHGSat, nhóm sử dụng bản đồ plume và ước tính tốc độ phát thải từ sản phẩm người dùng chính thức
- Với TROPOMI, một cấu hình xử lý riêng phù hợp với điều kiện của sự cố này đã được áp dụng
- Tái hiện từng plume bằng các mô phỏng mô hình quy mô lớn sử dụng nhiều tham số hóa lớp biên hành tinh và trường khí tượng
- Dùng cách tiếp cận ensemble đầy đủ để ước tính bất định
- Điều chỉnh bộ lọc để xử lý khả năng xuất hiện artifact ở vùng hạ lưu ven biển
- Tổng phát thải được tính bằng cách khớp đa thức bậc ba với chuỗi thời gian tốc độ phát thải đã qua sàng lọc chất lượng rồi lấy tích phân, còn bất định được ước tính bằng mô phỏng Monte Carlo
Kết quả quan sát
- Từ ngày 9/6 đến 25/12/2023, tại hiện trường đã phát hiện 115 plume methane
- Sau khi sàng lọc theo các tiêu chí như quan sát không mây, không có artifact tìm kiếm, và phần lớn plume không nằm ngoài vùng ảnh, có 48 trường hợp được dùng để định lượng tốc độ phát thải
- Tốc độ phát thải ước tính nằm trong khoảng 3.6 ± 1.3 đến 63 ± 42 t/h, với các giá trị điển hình ở mức 20–50 t/h
- Tốc độ phát thải lớn nhất xuất hiện trong vài tuần đầu sau vụ nổ, và cường độ plume giảm dần cho tới khi vụ rò rỉ được kiểm soát vào ngày 25/12
- Ngay cả trong ngày 25/12, GHGSat vẫn phát hiện một plume khá lớn ở mức 12 ± 3 t/h, phù hợp với khả năng vệ tinh đã bay qua hiện trường ngay trước biện pháp khắc phục cuối cùng
- Trong ba lần quan sát vào ngày 1/1, 12/1 và 14/1/2024, không xuất hiện tín hiệu methane, cho thấy phát thải có thể đã giảm xuống dưới ngưỡng phát hiện của vệ tinh hoặc đã được xử lý hoàn toàn
Hoạt động cháy và giới hạn của quá trình đốt
- Theo dữ liệu công suất bức xạ cháy FIRMS dựa trên VIIRS, đám cháy mạnh nhất xảy ra ngay sau vụ nổ giếng và duy trì cường độ tương đối cao trong khoảng 20 ngày
- Sau đó, phát hiện cháy từ vệ tinh độ phân giải cao vẫn xác nhận đám cháy tại hiện trường còn hoạt động, nhưng cường độ thấp hơn
- Cường độ cháy trong sự cố này thấp hơn đáng kể so với các flare mạnh tại cơ sở dầu khí, và cũng thấp hơn vụ cháy do nổ giếng ở Louisiana năm 2019
- Dựa trên ảnh hiện trường và các bản tin truyền thông, có khả năng cao hỗn hợp phun trào chứa lượng nước đáng kể
- Hỗn hợp có nước có thể đã làm giảm nhiệt độ giếng do tổn thất nhiệt bức xạ và ngăn khí thoát ra bắt lửa, nhưng mức độ đốt thấp không đồng nghĩa với phát thải methane giảm
So sánh với các vụ rò rỉ lớn trước đây
- Tổng lượng methane phát thải của sự cố Karaturun East được ước tính là 131 ± 34 kt
- Giá trị này tương đương 4.5% mức 2,898 kt mà IEA ước tính cho lĩnh vực năng lượng Kazakhstan năm 2023, và là 7% nếu chỉ xét riêng lĩnh vực dầu khí
- Sự cố Aliso Canyon năm 2015 ở mức 97 kt lâu nay được xem là vụ rò rỉ methane lớn nhất từng được ghi nhận trong hoạt động dầu khí thông thường
- Lượng phát thải của Karaturun East cũng vượt các ước tính 60 ± 15 kt của vụ nổ giếng Ohio năm 2018 và 21–63 kt của vụ nổ giếng Louisiana năm 2019
- Vụ phá hoại hai đường ống ngầm Nord Stream 1 và 2 ở Baltic Sea ngày 26/9/2022 được ước tính ở mức 420–490 kt, nên có thể đã gây phát thải lớn hơn vụ nổ Karaturun năm 2023
Vai trò và giới hạn của việc kết hợp vệ tinh
- Ngay cả khi không có GHGSat, nhờ nhiều quan sát từ các sứ mệnh khác vẫn có thể thu được ước tính tổng phát thải methane tương tự
- Tuy vậy, các quan sát của GHGSat lại rất quan trọng để tái dựng vài tuần cuối của vụ rò rỉ, khi những vệ tinh khác không có quan sát hữu ích
- Nếu chỉ dùng dữ liệu siêu phổ nhạy cao bao gồm GHGSat, nhóm nghiên cứu sẽ bỏ lỡ vài tuần đầu có tốc độ phát thải cao nhất và dẫn đến đánh giá thiếu tổng phát thải
- Dữ liệu siêu phổ công khai hiện nay cần được tasking để quan sát một địa điểm cụ thể và nhìn chung không cung cấp chu kỳ quay lại nhanh
- TROPOMI và các vệ tinh đa phổ cung cấp quan sát toàn cầu có hệ thống và tần suất cao, rất quan trọng để phát hiện sớm vụ rò rỉ và theo dõi diễn biến
- Với các mức phát thải giảm xuống dưới ngưỡng phát hiện tương đối cao như tại Karaturun East, thường khoảng 10 t/h, việc sử dụng TROPOMI và vệ tinh đa phổ trở nên khó khăn
- Ngay cả trong chuỗi thời gian kết hợp từ các thiết bị, phương pháp truy hồi methane và cách định lượng plume khác nhau, không quan sát thấy sai lệch đặc trưng theo từng vệ tinh trong các ước tính tốc độ phát thải riêng lẻ
- Các hệ thống giám sát methane và sứ mệnh vệ tinh mới như Methane Alert and Response System (MARS) của UNEP, MethaneSAT và Carbon Mapper được cho là sẽ ngày càng quan trọng hơn trong phát hiện và định lượng các vụ rò rỉ methane lớn
1 bình luận
Ý kiến Hacker News
Khi xem bằng dữ liệu vệ tinh và khảo sát trên không tốt hơn, lượng phát thải methane liên quan đến dầu khí hóa ra cao hơn rất nhiều so với báo cáo của ngành
Điểm cốt lõi là ở mọi giai đoạn từ sản xuất, truyền tải, phân phối đến sử dụng cuối cùng, cứ mỗi lần các nhà nghiên cứu độc lập kiểm tra thì lượng rò rỉ lại nhiều hơn các giả định trước đây, trong khi cơ sở của những giả định đó suốt thời gian dài lại là các số liệu do chính ngành cung cấp
Đặc biệt, ở những tuyến sản xuất rò rỉ nặng, tác động tính theo mốc 100 năm còn lớn hơn cả than đá. Ví dụ, một số khu vực ở Permian, New Mexico cho thấy tỷ lệ rò rỉ 9%. Khi đốt methane thì lượng CO2 thải ra chỉ bằng khoảng một nửa so với than, nhưng tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính của methane trong 100 năm lại gấp 20 lần CO2, nên phải cộng thêm 180% vào tổng hiệu ứng nhà kính, và ngay cả khi chưa tính các rò rỉ khác trên đường ống thì vẫn tệ hơn than 40%
https://sustainability.stanford.edu/news/methane-leaks-are-f...
Đó gần như là phép nhân đơn giản chẳng liên quan gì đến thực tế, và trong khi người tiêu dùng phải gánh chi phí LAUG thì các utility lại được đảm bảo lợi nhuận 10% trên chi phí hạ tầng. Cộng thêm trợ cấp thay thế các đường ống rò rỉ thường xuyên, điều này khiến các khoản đầu tư không cần thiết như thay thế hạ tầng nhiên liệu hóa thạch cũ được ưu tiên hơn việc sửa rò rỉ
Nếu có thể giảm phát thải xuống mức từng nghĩ ban đầu thì có lẽ đây cũng là tin tốt
Nó chỉ có ý nghĩa khi giả định phát thải ổn định trong một khoảng thời gian dài
Ước tính 131 kt methane là khá lớn
Xét theo tác động nóng lên toàn cầu trong 100 năm thì tương đương khoảng 3,93 megaton CO2, gần bằng mức phát thải hằng năm của các quốc gia nhỏ như Iceland hay Malta
Nếu muốn thật sự cảm thấy methane rò rỉ đáng sợ thế nào, hãy nhìn hiện tượng băng vĩnh cửu tan do nóng lên toàn cầu tạo ra các hố sụt khắp vùng lãnh nguyên
Vật chất hữu cơ từng bị đóng băng trước đây phân hủy, tạo thành những bong bóng methane khổng lồ, và khi đủ lớn chúng phát nổ, để lại các hố lớn rồi đọng nước lại
Lượng methane rò rỉ từ đây được ước tính là cực lớn, nhưng nếu không có quan sát toàn diện thì không thể biết chính xác
Nếu chúng ta còn chưa giải quyết được vấn đề rò rỉ methane dù methane là một tài nguyên có giá trị, thì thu giữ carbon bằng cách bơm CO2 vào những nơi như hang động gần như không có khả năng thành công
Tôi nghĩ những người quảng bá công nghệ đó gần như là kẻ lừa đảo
Theo phần mô tả thì có vẻ việc này xảy ra ở Kazakhstan từ khoảng tháng 6 đến tháng 11 năm 2023
Nghe giống một phiên bản nhỏ của hố khí Darvaza ở Turkmenistan: https://en.wikipedia.org/wiki/Darvaza_gas_crater
Cuối cùng liệu chúng ta có không trụ nổi không?
Dù vậy, ngay cả khi không ngăn được biến đổi khí hậu thì chúng ta cũng không hoàn toàn bất lực
Người Dutch biết cách chống nước biển dâng, kiến trúc Trung Đông biết cách giữ con người mát mẻ trong không khí trên 50°C, còn người Canada biết cách làm cho lưới điện chịu được mùa đông
Có những mối đe dọa như cháy rừng mà hiện giờ chưa có chiến lược tối ưu, nhưng chúng ta không đơn độc và cũng không hoàn toàn bất lực. Nếu có ý chí cùng nhau hành động, chúng ta vẫn có thể cứu rất nhiều mạng người
https://jonathanfranzen.com/what-if-we-stopped-pretending/
Chỉ đơn giản là tử tế, biết yêu thương và nuôi dưỡng lòng trắc ẩn
Cốt lõi không phải là sống sót hay không. Entropy là kẻ thù và cuối cùng sẽ thắng, nhưng dù sao cũng chẳng ai rời đi khi còn sống. Điều quan trọng là trở thành người tốt hơn, giúp đỡ người khác và làm tình hình trở nên tốt hơn
Nếu chúng ta trụ được thì sẽ là nhờ tình yêu và lòng trắc ẩn, còn nếu không trụ được thì ít nhất cũng không phí hoài quãng thời gian đã có
Có lẽ các quốc gia giàu có sẽ là những nơi chịu đau đớn nhiều nhất
Cột khí methane nằm cách vị trí phun trào 2 km
https://satellites.pro/Kazakhstan_map#A45.338220,52.376976,1...
Có lẽ nhiều khả năng là rò rỉ đường ống
Đến một thời điểm nào đó của biến đổi khí hậu, có lẽ sẽ phải thực hiện các biện pháp mang tính tấn công với những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất, dù họ đang ẩn sau quốc gia nào
Đặc biệt vì cũng có khả năng tồn tại các thế lực cố làm suy yếu những mục tiêu khí hậu này. Có thể Mỹ sẽ dùng một phần ngân sách quân sự để cho đội SEAL phá hủy các cơ sở công nghiệp gây ô nhiễm chăng
Trước khi thấy ý tưởng này đáng báo động, hãy nhớ rằng Mỹ đã thực sự giết người trong các chiến dịch như vậy rồi. Việc chỉ vô hiệu hóa hạ tầng vừa có tiền lệ, vừa có vẻ ôn hòa hơn nhiều
Nếu có nhiều thời gian, cần làm gì để loại bỏ được càng nhiều methane trong khí quyển càng tốt?
Điều quan trọng hơn là ngăn nó tiếp tục rò rỉ, chứ không hẳn là phải loại bỏ
Liệu carbon có phải là Bộ lọc Lớn không?
Tôi từng đọc một bài khá thuyết phục rằng Venus có quá nhiều carbon đến mức hoàn toàn không thể terraforming được