De productie van ruwe olie en de onttrekking van aardgas in de Verenigde Staten hebben de afhankelijkheid van het land van buitenlandse olie verminderd en financiële steun gegeven aan Amerikaanse consumenten, maar hebben ook geleid tot langdurige bezorgdheid over milieuschade, zoals verontreiniging van het grondwater.

Een onderzoeker aan de Syracuse University's College of Arts and Sciences, en een team van wetenschappers uit Penn State, hebben een nieuwe machine learning-techniek ontwikkeld om gegevens over de waterkwaliteit holistisch te beoordelen om grondwatermonsters te detecteren die waarschijnlijk zijn beïnvloed door recente methaanlekkage tijdens olie- en gasproductie . Op basis van dat model concludeerde het team dat onconventionele boormethoden zoals hydrofracturering - of hydrofracking - niet noodzakelijkerwijs meer milieuproblemen met zich meebrengen dan conventionele olie- en gasboringen.

De twee gebruikelijke manieren om olie en gas in de VS te winnen, zijn via conventionele en onconventionele methoden. Conventionele olie en gas worden met natuurlijke druk uit gemakkelijk toegankelijke bronnen gepompt. Omgekeerd worden onconventionele olie en gas gewonnen uit moeilijk bereikbare bronnen door een combinatie van horizontaal boren en hydrofracturering. Hydrofracking haalt aardgas, aardolie en pekel uit gesteenteformaties door een mengsel van zand, chemicaliën en water te injecteren. Door in de aarde te boren en het hogedrukmengsel in het gesteente te leiden, komt het gas binnenin vrij en stroomt het naar de kop van een put.

Tao Wen, assistent-professor aard- en milieuwetenschappen (EES) in Syracuse, leidde onlangs een onderzoek waarin gegevens uit verschillende staten werden vergeleken om te zien welke methode zou kunnen leiden tot grotere verontreiniging van het grondwater. Ze hebben specifiek het methaangehalte getest, het belangrijkste bestanddeel van aardgas.

Het team selecteerde vier Amerikaanse staten in belangrijke schalie-zones om zich op te richten voor hun onderzoek: Pennsylvania, Colorado, Texas en New York. Een van die staten - New York - verbood de praktijk van hydrofracking in 2015 na een beoordeling door het NYS Department of Health, waarin aanzienlijke onzekerheden over de gezondheid werden gevonden, waaronder verhoogde water- en luchtvervuiling.

Wen en zijn collega's hebben een grote grondwaterchemie-dataset samengesteld uit meerdere bronnen, waaronder rapporten van federale agentschappen, tijdschriftartikelen en olie- en gasbedrijven. De meerderheid van de geteste watermonsters in hun onderzoek werden verzameld uit huishoudelijke waterbronnen. Hoewel methaan zelf niet giftig is, zegt Wen dat methaanverontreiniging die wordt gedetecteerd in ondiep grondwater een risico kan vormen voor de betreffende huiseigenaar, omdat het een explosiegevaar kan vormen, het niveau van andere giftige chemische soorten zoals mangaan en arseen zou kunnen verhogen, en zou bijdragen aan opwarming van de aarde, aangezien methaan een broeikasgas is.

Hun model gebruikte geavanceerde algoritmen om bijna alle bewaarde geochemische gegevens te analyseren om te voorspellen of een bepaald grondwatermonster negatief werd beïnvloed door recente olie- en gasboringen.

Uit de gegevensvergelijking bleek dat gevallen van methaanverontreiniging in New York – een staat zonder onconventionele boringen maar met een hoog volume aan conventionele boringen – vergelijkbaar waren met die in Pennsylvania – een staat met een hoog volume aan onconventionele boringen. Wen zegt dat dit suggereert dat onconventionele boormethoden zoals fracking niet noodzakelijkerwijs leiden tot meer milieuproblemen dan conventioneel boren, hoewel dit resultaat ook kan worden verklaard door de verschillende groottes van grondwaterchemiedatasets die voor deze twee staten zijn samengesteld.

Het model detecteerde ook een hoger aantal gevallen van methaanverontreiniging in Pennsylvania dan in Colorado en Texas. Wen zegt dat dit verschil kan worden toegeschreven aan verschillende praktijken wanneer boormachines de olie- en gasbronnen in verschillende staten bouwen/boren. Volgens eerder onderzoek komt het meeste methaan dat vrijkomt in het milieu uit gasputten in de VS, omdat het cement dat de put afdicht niet over de volledige lengte van de productiemantel is voltooid. Er zijn echter geen gegevens om te concluderen of boormachines in die drie staten verschillende technologie gebruiken. Wen zegt dat dit verdere studie en herziening van de boorgegevens vereist als ze beschikbaar komen.

Volgens Wen bleek hun machine learning-model effectief te zijn bij het detecteren van grondwaterverontreiniging, en door het toe te passen op andere staten/provincies met lopende of geplande olie- en gasproductie, zal het een belangrijke hulpbron zijn voor het bepalen van de veiligste methoden voor gas- en olieboringen .

###

Wen en zijn collega's van Penn State, waaronder Mengqi Liu, een afgestudeerde student van het College of Information Sciences and Technology, Josh Woda, een afgestudeerde student van de afdeling Geowetenschappen, Guanjie Zheng, voormalig Ph.D. student van het College of Information Sciences and Technology, en Susan L. Brantley, vooraanstaand professor in het Department of Geosciences en directeur van Earth and Environmental Systems Institute, hebben onlangs hun bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Water onderzoek.