[論文レビュー] Global Tracking and Quantification of Oil and Gas Methane Leaks from Recurrent Sentinel-2 Imagery.

Thibaud Ehret, Aurélien De Truchis+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2021

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics参考文献 21被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、繰り返しのSentinel-2衛星画像を用いて、世界中のオイル・ガスインfra構造物からの800件を超えるメタン漏れを検出・定量した。その結果、100 kgCH4/hrから600 tCH4/hrの範囲で、漏れ発生量がパワーロー法分布に従うことが明らかになった。研究結果は、Sentinel-5Pで検出可能な超大規模漏れ（>25 tCH4/hr）が、その検出限界以下の漏れと関連していることを確認しており、国ごとの保守およびインフラ整備の実態に差がみられる発生量の違いが、各国の運用・保守慣行の違いを反映していることを示している。

ABSTRACT

Methane (CH4) emissions estimates from top-down studies over oil and gas basins have revealed systematic under-estimation of CH4 emissions in current national inventories. Sparse but extremely large amounts of CH4 from oil and gas production activities have been detected across the globe, resulting in a significant increase of the overall O&G contribution. However, attribution to specific facilities remains a major challenge unless high-resolution images provide the sufficient granularity within O&G basin. In this paper, we monitor known oil-and-gas infrastructures across the globe using recurrent Sentinel-2 imagery to detect and quantify more than 800 CH4 leaks. In combination with leak emissions estimates from airborne and Sentinel-5P measurements, we demonstrate the robustness of the fit to a power law from 100 kgCH4/hr to 600 tCH4/hr. We conclude here that the prevalence of ultra-emitters (> 25 tCH4/hr) detected globally by Sentinel-5P directly relates to leak occurrences below its detection threshold. Similar power law coefficients arise from several major oil and gas producers but noticeable differences in leaks magnitudes suggest large differences in maintenance practices and infrastructures across countries.

研究の動機と目的

• オイル・ガス（O&G）活動に起因するメタン（CH4）排出量が、国別インventoriesで継続的に低く見積もられている問題に対処すること。
• 既存の監視システムの空間分解能が限られているため、メタン漏れを特定の施設に帰属づけることの困難さを克服すること。
• 世界中のO&G盆地にわたり、高分解能で繰り返しのSentinel-2衛星画像を用いて、メタン漏れをスケールアップして検出・定量すること。
• 航空機およびSentinel-5P測定結果と比較することで、排出量推定値の整合性と信頼性を評価すること。
• 主なオイル・ガス生産国における漏れの大きさと頻度の違いを調査し、保守およびインフラ整備慣行の違いを推察すること。

提案手法

• 世界中の既知のオイル・ガスインフラを、高空間分解能で繰り返し監視するために、繰り返しのSentinel-2マルチスペクトル画像を活用する。
• 特定のスペクトル帯における大気吸収特徴を特定することで、画像解析技術を用いてメタンプラウムを検出する。
• 大気および気象データを用いて、プラウムの光学的厚さと拡散をモデル化することで、排出率を推定する。
• 航空機キャンペーンおよびSentinel-5P衛星機器による独立した測定結果と、検出された漏れを照合して検証する。
• 100 kgCH4/hrから600 tCH4/hrの範囲で得られた排出率分布を、パワーロー法に適合させ、一貫性とスケーリング行動を評価する。
• 国ごとのパワーロー係数および排出量を比較することで、運用および保守慣行の違いを推察する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sentinel-2を用いて検出されたオイル・ガス施設からのメタン排出量は、Sentinel-5Pおよび航空機キャンペーンによるトップダウン推定値とどの程度一致するか？
• RQ2 世界中のオイル・ガスインフラにおけるメタン漏れの大きさの分布はどのようなものか？また、パワーロー法に従うか？
• RQ3 Sentinel-5Pで検出可能な超大規模漏れ（>25 tCH4/hr）は、その検出限界以下の漏れとどのように関連しているか？
• RQ4 国ごとの排出量の違いが示す、保守慣行およびインフラ品質の違いとは何か？
• RQ5 繰り返しのSentinel-2画像は、スケールアップされたメタン漏れの検出および定量を信頼できる方法で可能にし、希少な航空調査とは代替可能な手法となるか？

主な発見

• 繰り返しのSentinel-2画像を用いて、オイル・ガスインフラからの800件を超えるメタン漏れが検出・定量された。
• 検出された漏れの排出率分布は、100 kgCH4/hrから600 tCH4/hrの範囲でパワーロー法に従い、主要なオイル・ガス生産国で一貫した係数を示した。
• Sentinel-5Pで検出可能な超大規模漏れ（>25 tCH4/hr）は、その検出限界以下の漏れと直接関連しており、これらの大きな漏れが現在のインventoriesで低く見積もられていることが示された。
• 同じパワーロー係数を示しても、国ごとの排出量に顕著な差がみられることから、保守慣行およびインフラ品質の格差が示唆された。
• Sentinel-2データと航空機およびSentinel-5P測定結果の統合により、パワーロー法の適合性が確認され、排出量推定の精度が向上した。
• 本研究は、高分解能で繰り返しの衛星監視が、メタン排出量の漏れ検出をスケールアップし、O&G部門の国別インベントリ精度を向上させることに有効であることを示した。