卡爾加里大學(xué)研究者開(kāi)發(fā)出全新甲烷車(chē)載監測平臺PoMELO

原文以University of Calgary research team meets methane leak detection challenge為標題發(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甲烷監測平臺（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被認為是一種“短期氣候影響因素”，它在大氣中的存續時(shí)間相對較短，約為12年（注：CO₂的大氣存續時(shí)間約為50-200年）。

盡管CH₄在大氣中的存續時(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，由人為因素導致的全球變暖進(jìn)程中，CH₄排放的貢獻率約為1/3。

在過(guò)去20年間，僅在美國，釋放的所有CH₄中，有多達1/3是來(lái)自石油和天然氣設施的，例如天然氣輸送管道和采氣井場(chǎng)。“甲烷無(wú)色無(wú)味，對其泄露監測非常困難。”來(lái)自卡爾加里大學(xué)的副教授Chris Hugenholtz博士說(shuō)，“這種泄露，不僅對氣候變化產(chǎn)生影響，它還是一個(gè)重要的安全隱患。”

圖2 石油和天然氣設施（源/jotun.com）

利用車(chē)載方式監測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(chē)載移動(dòng)式CH₄泄露測量，還存在諸多問(wèn)題。首先，儀器的測量響應時(shí)間（Response Time）普遍偏長(cháng)，一般在3s以上，有的高達10s。車(chē)載測量，測量需要在行進(jìn)中完成，更短的響應時(shí)間，意味著(zhù)可更快捕獲CH₄信號。儀器功耗高也是亟需克服的方面，絕大多數CH₄測量?jì)x器功耗都在25W以上，有的高達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、更快測量響應速度的甲烷測量?jì)x器，對甲烷氣體泄露的具體位置和量級進(jìn)行評估。

 圖3 PoMELO監測平臺核心設備LI-7700（源/ucalgary.ca）

為此他們研發(fā)了PoMELO監測平臺。PoMELO監測平臺可安裝在汽車(chē)車(chē)頂，設備總共約18kg。該平臺的核心設備為低功耗、快速測量響應的開(kāi)路式甲烷氣體分析儀LI-7700。LI-7700是美國LI-COR公司開(kāi)發(fā)的全球首.款開(kāi)路式甲烷測定設備。由于是開(kāi)路式測量，無(wú)任何測量時(shí)滯，且功耗僅8W，配合三維超聲風(fēng)速儀和GPS，通過(guò)機器學(xué)習技術(shù)來(lái)分析測量數據。

圖4 甲烷濃度數據直觀(guān)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中。雖然是閉路式甲烷氣體分析儀，但其測量相應時(shí)間（Response Time）<2s；測量精度更是達到了0.25ppb，非常適合監測甲烷濃度的細微變化。LI-7810的功耗為22w，可同時(shí)監測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(shuō)，“PoMELO監測平臺，是應用于加拿大石油和天然氣行業(yè)的幾種新技術(shù)之一。我們計劃利用該平臺，每年在45,000多個(gè)石油和天然氣場(chǎng)所進(jìn)行調查。”

“你只需要把車(chē)開(kāi)過(guò)去，沿著(zhù)石油和天然氣設備繞兩圈，在車(chē)上就可確定甲烷的大致泄露位置以及數量，這非常方便。”