卡爾加里大學(xué)研究者開發(fā)出全新甲烷車載監(jiān)測(cè)平臺(tái)PoMELO

原文以University of Calgary research team meets methane leak detection challenge為標(biāo)題發(fā)表于2019年9月13日的www.ucalgary.ca/news/上。

原文作者 / Doug Ferguson

翻譯/ 璐怡&子毅

圖1 PoMELO甲烷監(jiān)測(cè)平臺(tái)（源/ucalgary.ca）

CH₄是僅次于CO₂的第二大人為制造的溫室氣體，約占全球溫室氣體排放量的20%。CH₄被認(rèn)為是一種“短期氣候影響因素”，它在大氣中的存續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，約為12年（注：CO₂的大氣存續(xù)時(shí)間約為50-200年）。

盡管CH₄在大氣中的存續(xù)時(shí)間短，排放量也比CO₂少，但其全球變暖潛值GWP，即CH₄捕獲大氣中熱量的能力，卻是CO₂的21倍。因此，有研究者推測(cè)，由人為因素導(dǎo)致的全球變暖進(jìn)程中，CH₄排放的貢獻(xiàn)率約為1/3。

在過去20年間，僅在美國，釋放的所有CH₄中，有多達(dá)1/3是來自石油和天然氣設(shè)施的，例如天然氣輸送管道和采氣井場(chǎng)。“甲烷無色無味，對(duì)其泄露監(jiān)測(cè)非常困難。”來自卡爾加里大學(xué)的副教授Chris Hugenholtz博士說，“這種泄露，不僅對(duì)氣候變化產(chǎn)生影響，它還是一個(gè)重要的安全隱患。”

圖2 石油和天然氣設(shè)施（源/jotun.com）

利用車載方式監(jiān)測(cè)CH₄具諸多優(yōu)點(diǎn)，其最.大的優(yōu)點(diǎn)是高效便捷。但是目前，這種車載移動(dòng)式CH₄泄露測(cè)量，還存在諸多問題。首先，儀器的測(cè)量響應(yīng)時(shí)間（Response Time）普遍偏長(zhǎng)，一般在3s以上，有的高達(dá)10s。車載測(cè)量，測(cè)量需要在行進(jìn)中完成，更短的響應(yīng)時(shí)間，意味著可更快捕獲CH₄信號(hào)。儀器功耗高也是亟需克服的方面，絕大多數(shù)CH₄測(cè)量?jī)x器功耗都在25W以上，有的高達(dá)230W，高功耗儀器，需要配備更大容量的電池，如何充電也需要提前考慮。

卡爾加里大學(xué)的研究者們希望借助更低功耗、更快測(cè)量響應(yīng)速度的甲烷測(cè)量?jī)x器，對(duì)甲烷氣體泄露的具體位置和量級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

 圖3 PoMELO監(jiān)測(cè)平臺(tái)核心設(shè)備LI-7700（源/ucalgary.ca）

為此他們研發(fā)了PoMELO監(jiān)測(cè)平臺(tái)。PoMELO監(jiān)測(cè)平臺(tái)可安裝在汽車車頂，設(shè)備總共約18kg。該平臺(tái)的核心設(shè)備為低功耗、快速測(cè)量響應(yīng)的開路式甲烷氣體分析儀LI-7700。LI-7700是美國LI-COR公司開發(fā)的全球首.款開路式甲烷測(cè)定設(shè)備。由于是開路式測(cè)量，無任何測(cè)量時(shí)滯，且功耗僅8W，配合三維超聲風(fēng)速儀和GPS，通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來分析測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖4 甲烷濃度數(shù)據(jù)直觀成圖顯示

除此之外，LI-COR公司最.新研發(fā)出的便攜閉路式高精度甲烷氣體分析儀LI-7810，也可方便整合到該平臺(tái)中。雖然是閉路式甲烷氣體分析儀，但其測(cè)量相應(yīng)時(shí)間（Response Time）<2s；測(cè)量精度更是達(dá)到了0.25ppb，非常適合監(jiān)測(cè)甲烷濃度的細(xì)微變化。LI-7810的功耗為22w，可同時(shí)監(jiān)測(cè)CH₄、CO₂和水汽濃度。

圖5 肩背LI-7810的德國研究者（圖源/ licor.com）

研究者Barchyn說，“PoMELO監(jiān)測(cè)平臺(tái)，是應(yīng)用于加拿大石油和天然氣行業(yè)的幾種新技術(shù)之一。我們計(jì)劃利用該平臺(tái)，每年在45,000多個(gè)石油和天然氣場(chǎng)所進(jìn)行調(diào)查。”

“你只需要把車開過去，沿著石油和天然氣設(shè)備繞兩圈，在車上就可確定甲烷的大致泄露位置以及數(shù)量，這非常方便。”