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ルーチンフレアリングは生産フレアリングとも呼ばれ、原油抽出中に大量の不要な随伴石油ガス（APG）を処分する方法であり、現在行われている。ガスは最初に坑口下流で液体と固体から分離され、次にフレアスタックに放出され、地球の大気中に燃焼される（通常は開放拡散炎）。実行される場合、不要なガス（主にメタンが主成分の天然ガス）は不採算とみなされ、ストランドガス、フレアガス、または単に「廃ガス」と呼ばれることがある。ルーチンフレアリングは、安全フレアリング、メンテナンスフレアリング、またはガス処分の期間が短いか量が少ないことを特徴とするその他のフレアリング方法と混同しないでください。[1] : 1 [2]
2018年には、世界中で1450億立方メートル（5兆立方フィート）を超える天然ガスが燃やされたと推定されています。[3]この大半は、何千もの油井サイトで日常的に燃やされたAPGであり、南米と中米の天然ガス使用量に匹敵する廃棄物量です。2014年以降、最も多く燃やしている7か国は、ロシア、イラク、イラン、米国、アルジェリア、ベネズエラ、ナイジェリアです。[4]ロシアの遠隔地での活動が最も大きく、他の国では政治的紛争によりレベルが上昇しています。米国は2018年の世界の総量のほぼ10％を占めています。[5]
日常的なフレアリングは、意図的なガス放出や意図しないガス漏洩とともに、深刻な悪影響を及ぼします。主要な資源を浪費しても、現在または将来の富には何の利益ももたらさず、温室効果ガスやその他の有害な汚染物質が生物圏に蓄積することで負債を生み出します。[6] [7]ほとんどの予測では石油とガスの使用が近い将来に増加すると示されているため、世界銀行は2002年に国際的な世界ガスフレアリング削減パートナーシップ（GGFRP）を立ち上げました。これは、無駄な慣行を廃止することを目的とした官民パートナーシップです。[8] 2015年にはさらに、2030年までに日常的なフレアリングをゼロにするイニシアチブを立ち上げ、2019年末までに32か国、37の企業、15の金融機関が支持しました。[9]米国を拠点とする支持者は、米国連邦政府、カリフォルニア州、世界銀行でした。 1996年から2018年までの世界のデータによると、燃焼ガスの量は10％減少したが、石油生産量は40％増加した。[10]
原因
APG の定期的なフレアリングとベントは、1850 年代後半に最初の油井が商業化されて以来、行われてきました。液体炭化水素とガス炭化水素の質量あたりのエネルギー密度 はほぼ同じですが、液体燃料の体積あたりのエネルギー含有量は 1000 倍大きいため、貯蔵と輸送がより経済的になります。[11]石油ガスのこの相対的な不利を克服する広範な手段は、ここ数十年で実現されました。たとえば、地域の収集および配送ネットワークに接続された大陸横断ガスパイプラインは、現在、世界中の多くの場所に広がっています。[12]油井パッドで APG を液体または圧縮燃料に処理するフレアガス回収システム (FGRS) も、ますます移動可能になり、機能が多様化しています。[1] : 50
現代におけるAPGの浪費につながる意思決定プロセスは、地域の状況に大きく依存しています。一般的に、意思決定者の短期的な財務およびリスク管理の目的が結果を決定します。ほとんどの管轄区域では、フレアリングおよびベント活動に対する何らかの許可またはその他の規制が存在しますが、詳細は大きく異なります。[1] ：20 [13] ：7 浪費活動を増加させる可能性のある要因には以下が含まれます（完全なリストではありません）。
- 既存のガスパイプラインインフラから遠く離れた地域への石油採掘が急速に拡大している。[1] : 49
- 資産価値の低下に対する懸念から採掘スケジュールが加速した。[14]
- 輸送能力の拡大の遅れなど、物流における課題が増加した。 [15]
- 天然ガスの供給過剰により生産者価格が低下したりマイナスになったりする。 [16]
- より安価で汚染の少ない天然ガス源との競争。 [17]
- 一部の石油採掘事業（タイトシェールオイルなど）のより一時的な性質（時間的にも地理的にも）[7]
- 異なる業務やスケジュールに統合できる十分な機敏性を備えた現場の代替手段の欠如。 [1] : 55
- 汚職、政治的対立、政治的不安定などによって引き起こされる規制の弱体化。[3]
2018年の統計
2018年には、世界中で1億トン（1450億立方メートル）の随伴ガスが燃やされ、これは石油井とガス井から生産された全ガスの約3～4％に相当します。[18]この廃棄物は、 CO2換算で約3億5000万トンの温室効果ガスを排出しました。これは、すべての化石燃料の燃焼から放出される330億トンの二酸化炭素（CO2 ）の約1％に相当します。 [19]これらのガスの蓄積は地球の炭素循環を大幅に混乱させており、被害の程度を評価し、蓄積される経済的コストを定量化するためのより広範な国際的取り組みが進行中です。[20]
フレアリングをなくすためのコストはよく理解されており、事例によって大きく異なります。世界銀行は、緩和コスト全体を1,000億ドルと見積もっています。[18]米国などの先進国の天然ガス市場に持ち込まれた場合、フレアリングされたガスは米国の消費量30兆立方フィートの約17％を供給でき、[21]潜在的に200億ドル近くの価値になる可能性があります。[18]発展途上国では、そのメリットがさらに広がる可能性があります。たとえば、南米と中米全体の現在の使用量をすべて供給できます。7,500億kWhの電力を生成するために使用した場合、アフリカ大陸のすべての需要を供給できます。[18]
フレアリングは無駄が多く、化石燃料の他の燃焼と同様に有害な副産物を生み出すが、短期的にはメタンを主成分とする関連ガスを放出するよりも混乱が少ない。大気中のメタンの蓄積は、二酸化炭素に比べて存在量が100倍近く少ないにもかかわらず、気候強制力の変化の約25％の原因となっている。[22]国際エネルギー機関によると、少なくとも[23] [24] 7,500万トンのメタンが石油・ガス産業によって放出および漏洩排出によって放出され、推定400万トンがフレアリングの非効率性によって放出された。[25]人間による化石燃料の使用はメタン排出量全体の約20％を占め、[26]石油・ガス産業によるものは人為的発生源全体の約25％を占めている。[22]天然ガスは今後も世界の一次エネルギー供給源として最も急速に成長すると予測されているため、これらの発生源に対するより広範な追跡と緩和の取り組みも必要である。[27]
代替案
原油と同様に、APGは現代の世界経済において高い内在的価値を持つガス燃料と液体燃料の両方の主要エネルギー源です。[28] APGが抽出された後、消費に対する残りの物流上の障壁は、費用対効果の高い精製と消費者市場への配送です。石油会社が好むフレアリングとベント代替策には、より価値の高い石油の生産を妨げることなく、随伴ガスに対するこれらの障壁を取り除くものが含まれます。[1] : 55
伝統的な用途
2012年の世界のデータによると、関連するガスの15％が燃焼または放出され、85％が以下の経済的利益のために利用または節約されたことを示しています。[18]
その他の用途
以下のリストには、現場または近くで実行できる、日常的なフレアリングとベントの代わりとなる既存の商業的に実行可能な代替手段が含まれています。
- 1.フレアガス回収システム（FGRS）による液体燃料の生産と消費市場へのトラック輸送。[29] ：542 [1] ：50
- a.移動式装置を使用してフレアストリームから天然ガス液（NGL）を抽出する。
- b. ポータブル圧縮天然ガス（CNG）の生産。
- c. 携帯型液化天然ガス（LNG）生産。
- d. 小規模ガスから液体への変換（GTL）。
- 2.ポータブルエンジンまたはマイクロタービンによる発電[29] : 548 [1] : 51
- 3.坑井敷地での水処理やその他の産業処理のための熱生成。 [1] : 52
米国エネルギー省の2019年の報告書では、石油会社が既存または先進的なFGRS技術の採用に消極的である理由として、「合法で規制されたフレアリングは最もリスクの少ない選択肢であり、新しい技術の適用方法を学んだり、既存の契約や運用慣行を変更したりする必要がない」ことが挙げられている。[1] : 55
暗号通貨の「マイナー」たちは最近、エネルギーを大量に消費するコンピューティングのための低コストの供給源としてフレアガスの可能性に注目した。これら2つの非常に異なるマイナーの間では、それぞれの大幅な二酸化炭素排出量を最小限に抑えることをさらに目的とした数多くのパートナーシップが生まれている。[30] [31]
効果
拡散炎を使用するガスフレアは、燃焼を最大化するために、主に噴出ガス流全体で空気とガスを徹底的に混合することに依存しています。フレアスタックの先端から排出されるガスの速度と圧力降下は、十分な乱流拡散を確保するために最適な範囲内に維持する必要があります。これらの範囲を維持することは、エンジニアリング設計プロセスと付随する制御戦略の重要な目的です。APGに伴う水分、窒素、二酸化炭素、またはその他の非炭化水素の多量は、燃焼を妨げる可能性があります。一方、適切に設計され制御された高温の空気と蒸気の注入は、燃焼と効率を向上させることができます。[32] [33]
APG は主にメタンで構成され、少量のエタン、プロパン、ブタン、その他のアルカンが含まれています。フレアが効果的に作動している場合、燃焼副産物には主に水と二酸化炭素、少量の一酸化炭素と亜酸化窒素(NoX) が含まれます。そのため、このようなフレアは高い変換効率を示し、平均で約 2% の APG しか逃げません。フレアが効果的に作動していない場合、より多くの APG が逃げる可能性があり、40% に達することもあります。[18]また、揮発性有機化合物(VOC)、有毒 化合物、その他の有害な汚染物質が生成されることもあります。VOC と NoX は、大気質基準を超えるレベルの地上オゾンを生成する可能性があります。煙が存在することは、フレアが適切に作動していないことを示しており、[29] : 534–537 、結果として生じる短寿命のブラックカーボンは、雪や氷の融解を加速する可能性があります。[34] [35]
APG ストリーム内のその他の汚染物質のほとんどは微量です。これらには、天然に存在する水銀やラドンなどの有毒元素が含まれます。水圧破砕などの石油回収強化活動により、他の汚染物質が混入することもあります。一般的な天然汚染物質である硫化水素は、ガスフレアで二酸化硫黄と硫酸を生成します。 [36]濃度が高くなると、腐食やその他の空気品質の問題を引き起こし、「酸性ガス」や「酸性フレア」などの特徴付けにつながります。実際問題として、硫黄汚染レベルが高いガスストリームは、経済的価値が低いため、利用されるよりもフレアされる可能性が高くなります。[17]
監視
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1995年頃までは、ガスフレアリング量に関する入手可能な世界的データは不確実性が高く、信頼性が低いものでした。2002年にGGFRが結成された後、NOAAと学術機関の参加研究者は衛星観測を利用してデータ収集を簡素化し、測定精度を向上させました。[37]科学技術の進歩にもかかわらず、業界関係者が報告し、規制当局が使用する量は、依然として不正確な場合があります。[38] [39]不適切に操作されたフレア、意図的なガス放出活動、およびその他の機器のメタン漏れからのメタン排出量を定量化し、その場所を特定することは、GGFRパートナーシップ、グローバルメタンイニシアチブ、および経済と環境の両方の範囲を扱う他のグループにとっても最優先事項です。[40]
衛星調査
ほとんどのフレアは裸火として作動するため、空中調査中に放出される光の量を測定することにより体積を推定することができます。 1995年まで遡る最初のグローバルデータセットは、国防気象衛星プログラム（DMSP）とGoogle Earthデータを使用して2006年に生成されました。[37] 2010年頃以降、NOAA-20およびSuomi NPP衛星のVIIRS機器、およびNASA地球観測所のAquaおよびTerra衛星のMODIS機器のデータを使用して、個々の測定の精度が+/- 10％以上にさらに改善されました。[41] [42]データ分析は、他の学術グループやミッション固有のグループからの貢献により、さらに改良され続けています。[43] [44]現在、地球規模の活動のマップは、機械学習などの高度な方法で自動的に生成され、推定された体積は断続的な雲量などの擾乱に対して調整されています。
メタンやその他のより強力な温室効果ガスを解像度を向上させて測定する機能を備えた追加の衛星や機器がオンラインになっており、今後もオンラインになる予定です。[ 40] [45]欧州宇宙機関によって2017年に打ち上げられたTropomi [46]機器は、地球の対流圏内のメタン、二酸化硫黄、二酸化窒素、一酸化炭素、エアロゾル、オゾンの濃度を数キロメートルの解像度で測定できます。[47] [48] [49]カナダの会社GHGSatによって2016年に打ち上げられたCLAIRE衛星は、二酸化炭素とメタンを50メートル（160フィート）まで分解できるため、顧客は排出源を正確に特定できます。[40]
地上調査および航空調査
FLIR Systems [50]やPicarro [51]などのサプライヤーのポータブル機器は、不適切に作動したフレアからの目に見えない漏れや排出物も検出できます。長期間にわたってメタンやその他のVOC濃度を監視するには実用的ではありませんが、業界の修理技術者、規制当局者、その他の調査員が排出源をリアルタイムで特定して記録することを可能にします。[52]
環境防衛基金の研究者らは、2019年から2020年にかけて米国パーミアン盆地の石油・ガス事業から排出されるメタンを広範囲にマッピングした。その結果、事業者が報告した量の少なくとも3倍の排出量と、10％以上のフレアスタックに何らかの故障があることがわかった。[53] [54]故障したフレアスタックの約半数は点火されておらず、ガスが抑制されずに放出されていることが判明した。[55]
削減の進捗
世界のガスフレアリングと石油生産の動向（1996-2018年）[10]
燃焼ガス量: 10億立方メートル/年 (↓10%)
石油生産量: 百万バレル/日 (↑40%)
人口: 1億人 (↑30%)
国連、[9]、国際エネルギー機関、[56]、世界銀行は、経済、環境、人間の健康への大きなメリットを考慮して、日常的なフレアリング削減の取り組みは簡単に達成できる成果であると認識しています。その効果は、インフラや天然ガス市場が未発達なことが主な理由でフレアリング強度（石油生産量あたりのガスフレア量）が高いことが多い開発途上国で特に大きくなります。削減対象となっている主要な国には、インドネシア、イラク、カザフスタン、メキシコ、ナイジェリア、カタール、ロシアのハンティ・マンシ自治管区・ユグラ地域などがあります。[37]
1996年から2018年まで、世界のフレアリング量（立方メートル - m 3で測定）は10％削減され、一方で世界の石油生産量は40％増加しました（右図）。[10]これには、世界のフレアリング強度（生産された石油1バレルあたりの立方メートル - m 3 /bblで測定）の35％削減が伴いました。 [57]これは特に、ロシアやナイジェリアなどのGGFRパートナー国での以前の削減努力によるものでした。[37] 2018年時点で、カナダ、ブラジル、およびいくつかの中東諸国は、1 m 3 /bbl未満の強度でフレアリングしていましたが、世界平均は4.1 m 3 /bblです。いくつかのアフリカ諸国は、40 m 3 /bblを超えるカメルーンを含め、 10 m 3 /bblを超えるフレアリングを続けています。[58]
ロシア、イラク、イラン、米国の4カ国だけで、全ガス燃焼量の約50％を占めています。[59]これらの国での燃焼強度は1バレルあたり約3～10m3の範囲で、ここ数年で大幅に改善されていません。[60]各国は広範なインフラと先進技術へのアクセスを備えていますが、変化に対してより抵抗力のある複雑なビジネス文化と政治文化も持っています。
米国の成長
米国エネルギー情報局のデータによると、米国で報告されたフレアリングとベントは、第二次世界大戦後の数十年間で減少しました。[5] 20世紀末近くには、抽出されたAPGの1.5％近く、石油井とガス井の両方から抽出されたすべてのガスの0.5％近くまで低下しました。
しかし、2005年頃から、添付のグラフに示すように、ガス燃焼活動は再び増加しています。32の州がガス燃焼および/またはガス放出を主催および規制しています。[61] 1990年頃から最も大きな量の変化があったのは、テキサス州西部とニューメキシコ州のパーミアン盆地、ノースダコタ州のバッケン層、およびテキサス州南東部のイーグルフォードグループです。[62]
米国では、ガスフレアリングが量と割合の両方で増加した。2018年には、ガスフレアリングはほぼ50年ぶりの高水準に達し、5000億立方フィートのガスがフレアリングされた。これは、APGの10％にあたる。天然ガスの生産者価格が下落し、パーミアンでの活動がさらに倍増したという報告により、2019年、米国ではこの破壊的な慣行が引き続き増加した。[16] [63] 2018年から2019年にかけて、パーミアンだけで1日に無駄になったガスの量は、テキサス州全体の住宅需要を賄うことができた。[64] [65] この地域からの5つの新しい長距離ガスパイプラインが建設中であり、最初のパイプラインは2019年第3四半期に稼働し、[66]他のパイプラインは2020年から2022年に稼働する予定である。[1] : 23
2017年に始まった米国連邦規制の緩和により、公有地と私有地の両方からAPGの廃棄物がさらに増加しました。[1] : 17–19 これらは、米国エネルギー省の2019年6月の報告書にまとめられており、最も重要な変化は次のように特定されています。[1] : 17
- 1) 「連邦政府所有地の石油・ガス井から漏洩、放出、燃焼されるメタンの制限の撤廃」
- 2) 「企業が漏れ箇所を探し出して修理するという要件、さまざまな機器要素からの排出物を削減するという要件、掘削許可を取得する前に企業が廃棄物を最小限に抑える計画を準備するという要件を削除する」
参照
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- ^ 田渕裕子（2019年10月16日）。「巨大エネルギー企業は約束にもかかわらず、大量の天然ガスを燃やし尽くす」ニューヨーク・タイムズ。 2020年3月13日閲覧。
- ^ 「Gulf Coast Express Pipeline、予定より早く稼働開始」。Business Wire。2019年9月24日。 2019年12月31日閲覧。
外部リンク
- PetroWiki のフレアおよびベント廃棄システム
- 国際石油産業環境保全協会のウェブサイト
- 国際石油天然ガス生産者協会のウェブサイト