卡尔加里大学研究者开发出全新甲烷车载监测平台PoMELO

原文以University of Calgary research team meets methane leak detection challenge为标题发表于2019年9月13日的www.ucalgary.ca/news/上。

原文作者 / Doug Ferguson

翻译/ 璐怡&子毅

图1 PoMELO甲烷监测平台（源/ucalgary.ca）

CH₄是仅次于CO₂的第二大人为制造的温室气体，约占全球温室气体排放量的20%。CH₄被认为是一种“短期气候影响因素”，它在大气中的存续时间相对较短，约为12年（注：CO₂的大气存续时间约为50-200年）。

尽管CH₄在大气中的存续时间短，排放量也比CO₂少，但其全球变暖潜值GWP，即CH₄捕获大气中热量的能力，却是CO₂的21倍。因此，有研究者推测，由人为因素导致的全球变暖进程中，CH₄排放的贡献率约为1/3。

在过去20年间，仅在美国，释放的所有CH₄中，有多达1/3是来自石油和天然气设施的，例如天然气输送管道和采气井场。“甲烷无色无味，对其泄露监测非常困难。”来自卡尔加里大学的副教授Chris Hugenholtz博士说，“这种泄露，不仅对气候变化产生影响，它还是一个重要的安全隐患。”

图2 石油和天然气设施（源/jotun.com）

利用车载方式监测CH₄具诸多优点，其最.大的优点是高效便捷。但是目前，这种车载移动式CH₄泄露测量，还存在诸多问题。首先，仪器的测量响应时间（Response Time）普遍偏长，一般在3s以上，有的高达10s。车载测量，测量需要在行进中完成，更短的响应时间，意味着可更快捕获CH₄信号。仪器功耗高也是亟需克服的方面，绝大多数CH₄测量仪器功耗都在25W以上，有的高达230W，高功耗仪器，需要配备更大容量的电池，如何充电也需要提前考虑。

卡尔加里大学的研究者们希望借助更低功耗、更快测量响应速度的甲烷测量仪器，对甲烷气体泄露的具体位置和量级进行评估。

 图3 PoMELO监测平台核心设备LI-7700（源/ucalgary.ca）

为此他们研发了PoMELO监测平台。PoMELO监测平台可安装在汽车车顶，设备总共约18kg。该平台的核心设备为低功耗、快速测量响应的开路式甲烷气体分析仪LI-7700。LI-7700是美国LI-COR公司开发的全球首.款开路式甲烷测定设备。由于是开路式测量，无任何测量时滞，且功耗仅8W，配合三维超声风速仪和GPS，通过机器学习技术来分析测量数据。

图4 甲烷浓度数据直观成图显示

除此之外，LI-COR公司最.新研发出的便携闭路式高精度甲烷气体分析仪LI-7810，也可方便整合到该平台中。虽然是闭路式甲烷气体分析仪，但其测量相应时间（Response Time）<2s；测量精度更是达到了0.25ppb，非常适合监测甲烷浓度的细微变化。LI-7810的功耗为22w，可同时监测CH₄、CO₂和水汽浓度。

图5 肩背LI-7810的德国研究者（图源/ licor.com）

研究者Barchyn说，“PoMELO监测平台，是应用于加拿大石油和天然气行业的几种新技术之一。我们计划利用该平台，每年在45,000多个石油和天然气场所进行调查。”

“你只需要把车开过去，沿着石油和天然气设备绕两圈，在车上就可确定甲烷的大致泄露位置以及数量，这非常方便。”