Спутниковый мониторинг утечек на объектах нефтегазовой инфраструктуры в рамках поддержки инициатив ЭСУ (ESG)

Английская аббревиатура ESG (ЭСУ – экология, социум (или социальное развитие), (корпоративное) управление, от английских составляющих «environment», «society», «governance») стала общеизвестным термином, принятым на рынках капиталов для определения того, насколько продвинутые компании придерживаются политики социальной и экологической ответственности в своей деятельности. Известно, что компании, которым не удается управлять социально-экологическими рисками, т.н. рисками ЭСУ, как показывает практика, демонстрировали более высокую стоимость привлечения капитала, усиленную волатильность, и ведение бухгалтерского учета с нарушением правил.

Россия подписала Парижское соглашение в декабре 2015 года, и ратифицировала его в октябре 2019 года. 21 апреля 2021 года, российский президент поручил правительству, в течение 30 лет, добиться более низкого уровня эмиссии парниковых газов по сравнению со странами Европейского союза. Эмиссия парниковых газов в России составляет примерно половину уровня эмиссии всех 27 стран Евросоюза, что ставит Россию на четвертое место в мире среди стран с максимальным уровнем эмиссии парниковых газов (Reuters 2021).

Не так давно российский Центральный банк предложил отечественным компаниям раскрывать в годовой отчетности планы своих мероприятий по ЭСУ, и заявил, что оценка рисков, связанных с ЭСУ, является исключительно важной, поскольку существует высокая вероятность того, что они со временем трансформируются в финансовые риски (Reuters 2021).  Российский регулятор также намерен выпускать т.н. государственные «зеленые» облигации. Рынок зеленого финансирования возник в России в 2018 г. Термин «зеленое финансирование» подразумевает предоставление кредитов, в виде облигаций, с целью увеличения эффективности использования ресурсов и сокращения негативного воздействия на окружающую среду и глобальный климат (Dubrova, et al. 2021). Для того, чтобы инструмент финансового рынка считался “зеленым», компания должна быть признана обществом, и соответствовать определенным критериям выдачи такого сертификата. Принципы этих критериев хорошо согласуются с основными установками ЭСУ.

Согласно Бабкину и др., Россия до сих пор отстает от глобального тренда ЭСУ, а информированность о понятиях ЭСУ остается чрезвычайно низкой (Babkin, et al. 2021). Дуброва, и др., утверждает, что Россия стоит перед проблемой дефицита достаточного количества организаций, занятых в сфере социально-ответственного инвестирования, что затрудняет разработку решений глобальных проблем (Dubrova, et al. 2021). Недавнее исследование Пономаренко, и др., показывает, что оценка устойчивого эколого-социально-экономического развития, в рамках ответственности бизнеса перед обществом, затруднительна в силу отсутствия консенсуса между методологиями, и даже определениями ключевых терминов, имеющими отношение к предмету (Ponomarenko, et al. 2021) Работа Пономаренко предлагает оценку корпоративной социально-экологической ответственности нефтегазового сектора посредством использования социально-экологических индикаторов. Разработанная методика включает в себя индикаторы ЭСУ, поскольку нефтегазовые компании оказывают значительное влияние на окружающую среду.

Без сомнения, в нашей стремительно развивающейся реальности факторы ЭСУ важны для нефтегазовой промышленности, поскольку государственные органы, инвесторы и просто граждане обращают все большее внимание на проблемы, связанные с изменением климата, условиями работы, и корпоративным управлением. Усиливающиеся требования защитить окружающую среду должны стать во главу угла при принятии решений в бизнесе нефтегазовых компаний. Проблема изменения климата и глобального потепления в настоящее время рассматривается обществом в качестве одной из центральных угроз человечеству. В этой связи, выбросы метана приняли в последнее время все более удручающий характер, а нефтегазовый сектор попал под прицел критики общественности и государственных органов, по причине непосредственного присутствия метана в процессах добычи, транспортировки, хранения, и распределения. Поэтому, выявление фактов выброса метана в результате этих процессов, и его минимизация, будут иметь положительное влияние на экологию, общество и органы государственного управления, а также на репутацию и экономику нефтегазового сектора.

Значение буквы “Э» в ЭСУ для нефтегазовых компаний

Интеграция факторов ЭСУ является ключом для устойчивого ведения бизнеса. Экологическая составляющая рассматривает воздействие, которое компания оказывает на окружающую среду. Сюда относится оценка воздействия отходов компании на среду, вклад компании в истощение природных ресурсов, вырубка лесов и деревьев, изменение климата, и выбросы парниковых газов. Последние два фактора представляют особый интерес для данной статьи.

В контексте ЭСУ, было отмечено, что индикаторы экологической составляющей, такие как водопотребление, производство отходов, удельное потребление энергоресурсов, и эмиссия парниковых газов, обрели тренд на минимизацию. Другие индикаторы, такие как, инвестиции в защиту окружающей среды и нефтегазовых запасов, должны иметь приоритет максимизации.

Аргументы в пользу снижения выбросов метана

Сокращение выбросов метана в нефтегазовом секторе является рентабельным способом уменьшить присутствие парниковых газов, тем самым укрепляя энергобезопасность, стимулируя экономический рост, и улучшая качество воздуха. По оценкам специалистов, антропогенная эмиссия метана почти на треть способствует сегодняшнему потеплению, связанному с парниковым эффектом (Stocker, et al. 2013).

В связи с высоким потенциалом воздействия метана на глобальное потепление и непродолжительное время его присутствия в атмосфере, если сравнивать его с углекислым газом (CO₂), сокращение выбросов метана может в ближайшей перспективе существенно повлиять на уровень и темпы потепления (Shoemaker, et al. 2013).

В нефтегазовом секторе, метан выбрасывается, в основном, в процессе добычи и транспортировки природного газа (United States Environmental Protection Agency 2019). Исследование, проведенное в пермском бассейне в Соединенных Штатах, с сентября по ноябрь 2019 года, показало, что 50 процентов отмеченных выбросов явилось результатом добычи нефти и газа, тогда как только 12 процентов относилось к процессам переработки, а 38 процентов было следствием операций сбора и прокачки (Cusworth, et al. 2021). Поэтому, нахождение, улавливание и сокращение выбросов в данных процессах будет вносить вклад в сокращение эмиссии парниковых газов, тем самым способствуя усилиям по снижению изменения климата, эффективного использования энергоресурсов и энергообеспечения.

Мониторинг метана из космоса

Первый спутник Земли, «Спутник», был запущен в космос 4 октября, 1957 года. С тех пор, использование спутников для наблюдения за Землей расширилось, включая наблюдения за погодой и составом атмосферы. За последние двадцать лет, случаи масштабных выбросов метана (природные и антропогенные) фиксировались общественными спутниками с низким разрешением (Frankenberg, et al. 2005). Однако, выбросы метана, имеющие отношение к антропогенной деятельности, имеют дело с относительно мелкими источниками (Varon, Jacob, et al. 2018). С этой целью, GHGSat, частная компания с международным присутствием, выступила зачинательницей использования спутников с высоким разрешением для мониторинга выбросов метана в мировом масштабе. Компания запустила свой первый опытный образец микроспутника, GHGSat-D, в июне 2016 года, эффективно замеряющий выбросы метана и углекислого газа из намеченных источников. Этот спутник до сих пор полностью функционален, способствуя улучшению отбора данных и оптимизации методологий их обработки. Данные результаты и выводы были использованы при разработке датчика нового поколения (Ligori, et al. 2019). Технология этого датчика, нацеленная на обнаружение метана, была внедрена в спутниковые системы GHGSat-C1 и GHGSat-C2, запущенные в сентябре 2020 г. и в январе 2021 г., соответственно.

Спутники GHGSat находятся на орбите примерно 500 км от Земли. Следовательно, понимание возможностей этого инструмента и представление некоторых примеров измерений, проводимых спутниками, дает нам понимание, насколько данная технология может быть использована в целях выявления выбросов метана на объектах нефтегазовой инфраструктуры, и влияние этого на метрику ЭСУ.

Средство измерения

Измерительный прибор в спутниках GHGSat использует спектрометрию для измерения концентраций метана, превышающих фоновую концентрацию. Эта технология позволяет измерять остаточные газы на поверхности земли, посредством сбора информации о рассеивания солнечного света над поверхностью Земли. 

Основной измерительный прибор – это патентованный датчик спутника GHGSat, использующий эталонный видеоспектрометр (интерферометр) Фабри-Перо (WAF-P) с широкоугольным резонатором постоянной настройки. Эталон WAF-P использует отражения между двумя близко расположенными зеркалами, которые частично отражают, частично пропускают световые импульсы. Этот пропущенный свет затем фокусируется одной из линз на устройство формирования изображений (экран), который производит то, что обычно именуется как интерферограмма. Интерференция происходит, когда две или более волны накладываются друг на друга. Амплитуда волн и их соответствующие положения в каждой точке пространства соединяются и формируются в одну суммарную волну. Это производит узор, состоящий из ярких и более тусклых полос. Яркость этих полос определяется степенью, с которой волны конструктивно интерферируют. Полная конструктивная интерференция производит самые яркие полосы, в то время как частичная конструктивная интерференция дает более тусклую полосу. Молекулы на пути света поглощают определенный рисунок световой волны, оставляя в спектре темные полосы. Темные полосы фиксируются с орбиты, как только концентрация молекул начинает возрастать. 

В системе обработки изображений спутника GHGSat, радиус кольца фотоприемника приблизительно пропорционален углу ориентации луча. Это позволяет эталону действовать в качестве фильтра, работающего в зависимости от угла луча. Поэтому, вместо того, чтобы рассеивать свет по длинам волн, мы фильтруем его по определенной длине волны, в зависимости от радиального положения лучей света на этой сцене. Рисунок 1 показывает схематическое изображение системы формирования и обработки изображений. 

В дополнение к WAF-P, оптическая конструкция прибора содержит три группы линз, а также отклоняющее луч зеркало, необходимое для того, чтобы поместить телескоп на платформе микроспутника. Этот спектрометр способен к выделению линий поглощения метана в коротковолновой ИК области спектра (SWIR);(Jervis, et al. 2021)). Спектр частот обнаружения метана находится в пределах 1600 – 1700 нанометров (нм), с множеством полос собственной конфигурации. Эта конфигурация отражает точные значения концентрации метана на площади более 200 000 пикселей каждого изображения. 

Наблюдения со спутников GHGSat-C1 и GHGSat-C2 

Спутники, разработанные компанией GHGSat, действуют на солнечно-синхронной полярной орбите, на высоте приблизительно 500 км. Стандартный порог обнаружения газа для спутников GHGSat-C1 и GHGSat-C2 составляет 100 килограмм метана в час (кг/ч-1), в условиях умеренной ветрености. Каждый спутник разработан с возможностью 25-метрового разрешения на расстоянии приблизительно 12 км 12-километрового поля зрения. Каждый пиксель извлеченной информации о выбросах обеспечивает замер их концентрации, которая затем представляется верхним слоем искусственной расцветки, соответствующей расчетной концентрации, как показано на картах концентраций, представленных ниже.

Рисунок 2 показывает измерения, проведенные 25 сентября 2020 года спутником GHGSat C-1. Место замера соответствует нефтегазовому объекту, расположенному в Нью-Мексико, США. Разрешение спутника GHGSat-C1 позволяет четко определить источник обнаруженной эмиссии метана. На фоне (снимок сторонней компании) показана очень плотно застроенная территория, с собственниками, относящимися к нефтегазовой инфраструктуре, управляемой различными компаниями, теснящими здесь друг друга. Колориметрия концентрации шлейфа загрязнения соответствует средневзвешенной концентрации метана, превышающей местный фоновый уровень. В этом случае, максимальная концентрация составила приблизительно 200 частей на миллиард. Расчетная скорость выброса массы загрязняющего вещества составила примерно 1 190 кг/ч^-1± 476кг/ч^-1.

Рисунок 3, внизу, показывает измерения, выполненные спутником GHGSat-C2. Район приблизительно такой же, как на рисунке 2, где в поле зрения находится многочисленная нефтегазовая инфраструктура (все возможные источники выбросов). Источник загрязнения был эффективно найден, с самой высокой средневзвешенной концентрацией метана (превышающей местный фоновый уровень) в районе 125 частей на миллиард. Расчетная скорость выброса массы загрязняющего вещества составила 1250 кг/ч ^-1 ± 437кг/ч ^-1. 

В результате этих измерений была определена скорость выброса массы загрязняющего вещества, посредством интегрированного метода повышения массы метана (IME), примененного Вароном и др (Varon, Jacob, et al. 2018). Вариативность в расчете скорости потока массы источника загрязнения (Q) находится в высокой зависимости от местных данных по ветру (Varon, Jacob, et al. 2018), (Varon, Jervis, et al. 2021).

Измерения, показанные на рисунках 3 и 4, представляют доказательства эффективности и геолокационной точности данных приборов. Однако, подтверждение данных об уровне выбросов зависит от данных, которые можно получить от оператора, в ходе посещения им места загрязнения. Поэтому, утверждение данной методики и ее расчетов в наилучшей степени может быть достигнуто при использовании контролируемых выбросов.

Контролируемые выбросы

Совместно с компанией TotalEnergies, 29 октября 2020 года, GHGSat приняла участие в слепом тестировании контролируемого выброса. Место проведения испытания и количество выброса контролировалось компанией TotalEnergies, и не было известно в компании GHGSat. После прохождения над зоной спутника GHGSat-C1, утечка была засечена и определена в соответствующих координатах, как раз там, где находился источник выброса. По оценке, средневзвешенная концентрация метана над фоном достигала 200 частей на миллиард. Количественное определение выхода источника по массе (Q) дало 250 кг/ч^-1 ± 140 кг/ч^-1. Выход по наземному контролю данных составил 234 кг/ч^-1. Рисунок 4 показывает искусственную расцветку концентрации метана поверх снимка основной карты местности. 

Заключение

Инвестирование в ЭСУ не обязательно означает, что доходность приносится в жертву сверхамбициям. Есть многочисленные примеры выгод и приобретений, полученных от внедрения факторов ЭСУ в работу нефтегазовой компании. Некоторые из таких преимуществ, например, улучшение репутации компании и укрепление доверия у потребителей, могут поначалу казаться малоосязаемыми, но они могут иметь долгосрочное положительное влияние на компанию и сектор экономики в целом. В компаниях в России, и по всему миру, сегодня слышатся рекомендации участников инвестиционного рынка раскрывать отчеты о социально-ответственном развитии, поскольку последние используются в целях выявления рисков, оценки долгосрочных инвестиционных возможностей, и в силу понимания того, что выбросы парниковых газов связаны с непосредственным воздействием на окружающую среду и глобальным потеплением.

Поскольку концентрация метана в атмосфере за последнее столетие выросла, и продолжает расти (Wuebbles and Hayhoe 2002), в высшей степени сегодня актуально искать пути и способы сокращения выбросов метана, имеющие отношение к технологиям работы в нефтегазовом секторе.  Измерения концентрации метана, содержащегося в атмосфере, проводимые с земли, воздуха и со спутниковых платформ могут дополнить общую картину эмиссии метана, характерную для любого конкретного региона (Allen 2014). Однако, несмотря на то, что технологии наземного обнаружения и устранения утечек (LDAR), применяемые в настоящее время, способны улавливать метан на низких порогах обнаружения, они ограничены в плане частоты применения и территориального охвата. Как только данная технология станет использоваться на более широкой и регулярной основе, экономическая эффективность ее станет далеко не оптимальной. Эффективная и многоуровневая программа мониторинга должна включать в себя технологии с различными возможностями, которые могут применяться в различном масштабе с целью оптимизации охвата и затрат. Измерения, выполняемые спутниками, такими как GHGSat, могут способствовать быстрому обнаружению проблемных выбросов метана, причем в огромных территориальных и временных масштабах. Это применимо в связке с авиационными наблюдениями, порог обнаружения у которых тем ниже, а разрешение измерений тем выше, чем они ближе к земле (Esparza and Gauthier 2021).  Технологии дронов и оптического обнаружения газов (OGI) помогут в нахождении более мелких источников выбросов. Ограничения по времени наблюдения со спутников могут быть разрешены посредством запуска большего числа спутников в комплексе. Компания GHGSat планирует добавить еще восемь спутников к концу 2022 года, а значит, увеличит частоту измерений, и эффективно сократит время между возможностью их проведения.

Использованная литература:

Дэвид Т. Аллен, 2014 г. «Выбросы метана в добыче и потреблении природного газа: согласование практических и теоретических измерений» Журнал «Current Opinion in Chemical Engineering» (Elsevier) 5: 78-83

Александр Бабкин, Екатерина Малевская-Малевич, Надежда Кваша, и Евгений Елисеев. 2021 г. «Связь между социально ответственным инвестированием и рыночной стоимостью предприятия». E3S Web of Conferences. SDGG.

Адам Р. Брандт, Гарвин А. Хит, и Дэниэл Кули. 2016 г. «Утечки метана из систем снабжения природным газом cогласуются с теорией экстремальных значений». «Экологическая наука и технология

Дэниэл Х. Касворт, Райли Дюрен, Эндрю К. Торп, Уинстон Олсон-Дювал, Джозеф Хеклер, Джон У. Чэпмен, Майкл Л.Иствуд, и др.,2021 г. «Периодичность крупных источников эмиссии метана в пермском бассейне.”, «Экологическая наука и технология» Письма.

М.В. Дуброва, Л.В.Гусарова, Н.Н.Жилина, М.Р.Шамсутдинова, и В.Г.Игнатьев. 2021 г. «Финансовые инструменты развития «зеленой» экономики в России.» E3S Web of Conferences. ITEEA.

Анхель Э. Эспарса, и Жан-Франсуа Готье. 2021 г. «Мониторинг утечек на объектах нефтегазовой инфраструктуры с помощью однотипного датчика на летательном аппарате и платформе спутника». Конференция по технологиям нетрадиционных ресурсов. Хьюстон, штат Техас.

К. Франкенберг, Дж.Ф.Мейринк, М.ван Уилл, У.Платт, и Т.Вагнер. 2005 г. «Оценка выбросов метана по данным глобальных космических наблюдений» Наука 308 (5724).

Дилан Джервис, Джейсон Маккивер, Берк О.А.Дьюрак, Джеймс Дж.Слоун, Дэвид Гейнс, Дэниэл Дж.Варон, Антуан Рамье, Матиас Страплер, и Эван Таррант. 2021 г. «Видеоспектрометр спутника GHGSat-D» Технические способы контроля за состоянием атмосферы (Европейский союз наук о Земле).

Анна Кэрион, Колм Суини, Эрик А.Корт, Пол Б. Шепсон, Алан Брюер, Мария Камбализа. Стивен А.Конли, и др., 2015 г. «Авиационная оценка общих выбросов метана в районе месторождения Барнетт-Шейл.” «Экологическая наука и технология» 49: 8124-8131.

Майкл Лигори, Лора Брэдбери, Роберт Спина, Роберт Э. Зи, и Стефан Гермейн. 2019 г. «Группа спутников GHGSat: Будущее мониторинга выбросов парникового газа». 33-я ежегодная конференция Американского аэронавтики и астронавтики/Университета штата Юта по малым спутникам.

Джейсон Маккивер, Дилан Джервис, и Матиас Страплер. 2020 г. «Обнаружение загадочных утечек метана из космоса.” «Спектр IEEE», 27 октября. Аттестовано 8 августа, 2021 г.

Дж.Пейшл, А.Кэрион, К.Суини, Е.А.Корт, М.Л.Смит, А.Р.Брандт, Т.Еску, и др.,2016 г. «Количественное определение выбросов метана на объектах нефте-и газодобычи в районе месторождения Баккен Шейл, Северная Дакота». Журнал геофизических исследований атмосферы.

Татьяна Пономаренко, Оксана Маринина, Марина Невская, и Кристина Курякова. 2021 г. «Разработка методов оценки корпоративной социально-экологической ответственности для компаний нефтегазового сектора”. «Экономия»(MDPI) 9 (58)
Рейтер. 2021 г. «Путин поручил предусмотреть снижение объема выбросов парниковых газов до уровней ниже ЕС» Рейтер – Окружающая среда, 21 апреля. Аттестация 8 мая, 2021 г. —. 2021г. «Российский центральный банк рекомендует компаниям раскрывать планы по ЭСУ». Рейтер – Социально-ответственный бизнес, 19 июля. Аттестация 5 августа, 2021 г.

Штефан Швитцке, Габриэлла Петрон, Стивен Конли, Коди Пикеринг, Ингрид Мильке-Мэдей, Эдвард Дж. Длугокенски, Питер П.Тэнс, и др., 2017 г. «Лучшее понимание механики выбросов метана природным газом посредством измерений пространственно-разрешенной спектроскопии на летательных аппаратах». «Экологическая наука и технология 51: 7286-7294

Дж.Шумейкер, Д.П.Шраг, М.Дж.Молина, и В.Раманатан. 2013 г. «Какую роль играют в политике уменьшения глобальных изменений климата нестойкие загрязнители?» Американская ассоциация содействия развитию науки 342 (6164) ): 1323-1324.

Томас Ф.Стокер, Кин Дае, Джан-Каспер Платтнер, М.Тигнор, и С.К.Аллен. 2013 г. МГЭИК, 2013г.: Изменение климата в 2013 г. : Основы естествознания. Вклад рабочей группы I в Пятый доклад об оценке изменения климата на заседании межправительственной комиссии по изменению климата. Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, Издательство Кембриджского университета.

Управление по охране окружающей среды США. 2019 г. «Прогнозные показатели и снижение глобальных выбросов парниковых неуглеводородных газов: 2015 – 2050 гг.»

Дэниел Дж. Варон, Дэниел Дж.Джекоб, Джейсон Маккивер, Дилан Джервис, Берк О.А.Дьюрак, Ян Ксиа, и И Хуан. 2018 г. «Количественное определение отдельных источников выброса метана наблюдением со спутников с высоким разрешением за газовыми потоками метана.» Способы и методы контроля за состоянием атмосферы 11 5673-5686

Дэниел Дж. Варон, Дилан Джервис, Джейсон Маккивер, Ян Спенс, Дэвид Гейнс, и Дэниел Дж.Джекоб. 2021 г. «Высокочастотный мониторинг аномальных источников выброса метана посредством наблюдения с многоспектрального спутника Sentinel-2.» Способы и методы контроля за состоянием атмосферы 14: 2771-2785.

Дональд Дж. Уэбблс, и Кэтрин Хейхо. 2002 г. «Атмосферный метан и глобальные изменения». «Earth Science Reviews (сборник статей по землеведению)» (Elsevier Science B.V.) (57): 177-210

Тара И. Якович, Скотт С. Херндон, Джозеф Р.Росиоли, Коди Ферчингер, Райан М.Макгаверн, Майкл Аньезе, Габриэлла Петрон, и др.,2014 г. «Демонстрация этанового спектрометра для определения источников выброса метана». Environmental Science Technology (Технология экологических наук) 48: 8028-8034

Авторы

Анхель Э.Эспарса¹, Райан Мэттсон² — rmattson@ghgsat.com, и Жан-Франсуа Готье³

¹ Компания GHGSat, Inc, штат Техас, США – ответственный автор

² Компания GHGSat, Inc, г.Калгари, провинция Альберта, Канада

³ Компания GHGSat, Inc, г. Монреаль, провинция Квебек, Канада