За допомогою дронів і лазерів вчені точно виявляють джерела парникових газів

Оскільки з’являються докази того, що газові бурові та каналізаційні системи виділяють набагато більше парникових газів, ніж вважалося раніше, команда дослідників Принстона розробила метод визначення великих і малих джерел для швидкого ремонту. Їхній підхід на основі лазерного зондування, детально описаний у статті, опублікованій у Remote Sensing of Environment , може точно виявляти та кількісно оцінювати як великі витоки парникових газів, так і витоки, які в 25 разів менші, ніж ті, які зазвичай виявляються на газових установках за допомогою інших методів, локалізуючи викиди. джерело з точністю до метра.

Оскільки вона використовує можливості дистанційного зондування лазерів у поєднанні з гнучкістю дронів, нову технологію також можна використовувати для швидкого виявлення невидимих ​​витоків у важкодоступних місцях, інновація, за словами дослідників, відкриває кардинальний потенціал для зондування атмосфери.

«Поточні підходи до виявлення джерел часто покладаються на портативні інфрачервоні камери, які є трудомісткими в експлуатації та нечутливі до невеликих джерел, або використовують методи, які вимагають завчасного налаштування розгалуженої інфраструктури вимірювань», — сказав Джерард Висоцкі, доцент кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії та асоційованого факультету в Andlinger Center for Energy and Environment. «Але з безпілотником ви абсолютно вільні в тому, як ви можете налаштувати зону зондування».

Підхід дослідників складається з невеликого дрона, оснащеного лише ретрорефлектором, типом дзеркала, яке відбиває вхідне світло безпосередньо назад до джерела, і базовою станцією газочутливого обладнання з можливістю відстежувати рух дрона під час польоту. Відбиваючи лазерний промінь від дрона, коли він летить до заданих точок навколо ймовірного витоку, оператор може точно визначити джерело витоку та виміряти його інтенсивність.

«Це справді священний грааль виявлення витоків», — сказав Марк Зондло, співавтор дослідження, професор цивільної та екологічної інженерії та асоційований викладач Центру енергетики та навколишнього середовища Андлінгера.

Хоча методи атмосферного зондування на основі безпілотників існують, вони зазвичай вимагають встановлення датчика газу безпосередньо на безпілотник. Ця практика, за словами Зондло, швидко стикається з деякими серйозними перешкодами, пов’язаними з тим, яку вагу може нести дрон і наскільки ризиковано літати. дрон, перевантажений дорогими датчиками в небезпечних середовищах.

«Ви дійсно не можете встановити більше одного газового датчика на безпілотник одночасно, інакше він просто стане занадто великим і громіздким для польоту. І ви, ймовірно, не хочете ризикувати, літаючи з дорогим датчиком над лагуною очисних вод. заводу або спалювання компресорної станції», — сказав Зондло.

Замість того, щоб перевантажувати безпілотник датчиками, Принстонська група розвантажила дорогі компоненти датчиків газу на базову станцію, яка може розміститися на мобільній платформі, такій як фургон, а це означає, що безпілотнику потрібно було лише нести маленьке дзеркало. Ця зміна дозволила дослідникам використовувати менші, менш дорогі дрони з більшим часом польоту для збору детальних даних про викиди на великих територіях, потенційно розблокувавши можливість контролювати всі об’єкти транспортування та розподілу природного газу за один політ дрона.

«Наш підхід дозволяє нам обійти основні обмеження використання дронів і дає нам можливість повною мірою використовувати їхній потенціал», — сказав Зондло. «Це справді зміна парадигми того, як ми можемо використовувати дрони для зондування атмосфери».

Метод зондування може також дозволити одночасне вимірювання кількох газів, що надзвичайно складно з іншими підходами на основі безпілотників через розмір, вагу та потужність.

Майкл Соскінд, перший автор дослідження та аспірант електротехніки та комп’ютерної інженерії, сказав, що додати можливість вимірювати інші гази, такі як вуглекислий газ і аміак, поряд з метаном, було б так само просто, як додати інші лазери з різними довжинами хвиль до базової системи. «Все, що вам потрібно зробити, — це додати вторинний лазер до системи», — пояснив він. «Решта системи вже створена для роботи».

Оскільки він пропонує користувачам велику кількість гнучкості, Висоцький сказав, що він бачить підхід команди як технологічну платформу, яка може стимулювати майбутні інновації та застосування за межами виявлення витоку метану.

«Найбільш захоплююче — це не просто здатність технології, яку ми розробили, сприймати метан», — сказав він. «Насправді мова йде про розблокування можливості для дослідників і практиків використовувати дрони та інші методи дистанційного зондування для проведення детальних вимірювань невеликих джерел і реконструкції шлейфів викидів. Це технологія, яка відкриває двері для ефективного виявлення джерел і ремонту, що може допомогти виробникам пом’якшити безпеки та небезпеки для навколишнього середовища цих джерел, а також заощаджуючи час і гроші».