Los investigadores han realizado las primeras pruebas de campo para un nuevo sistema basado en láser que puede determinar la ubicación de fugas de metano muy pequeñas en un área de varias millas cuadradas. La nueva tecnología podría algún día utilizarse para monitorear continuamente el metano costoso y peligrosofugas en los sitios de producción de petróleo y gas.
Como componente principal del gas natural, el metano puede filtrarse durante la producción normal de petróleo y gas o por filtraciones desconocidas en la infraestructura de producción. Estas filtraciones no solo le cuestan dinero a las compañías de petróleo y gas, sino que también contribuyen al cambio climático y pueden ser peligrosas para las personas.Hoy, una persona o equipo debe viajar a diferentes sitios para verificar si hay fugas con una cámara especial que es sensible al metano a distancias cortas. Este enfoque lleva mucho tiempo y podría pasar por alto las fugas de metano de naturaleza intermitente.
"Nuestro enfoque permite que las mediciones sean autónomas, lo que permite el monitoreo continuo de un área", dijo el coautor principal del estudio Sean Coburn, de la Universidad de Colorado en Boulder. "Esta tecnología podría desempeñar un papel importante en la reducción del metano".emisiones de las actividades de producción, aliviando la tensión entre el desarrollo urbano y la producción de petróleo y gas y ayudando a evitar desastres como la fuga de almacenamiento de metano Aliso Canyon 2015 que liberó 90,000 toneladas métricas de metano a la atmósfera ".
adentro óptica , la revista de la Optical Society para investigación de alto impacto, investigadores de la Universidad de Colorado, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica NOAA mostraron que su sistema puede detectar de manera únicaVolumen de fugas de metano desde un kilómetro de distancia en un entorno exterior. Demostraron que el sistema puede detectar fugas con una tasa de flujo equivalente a solo el 25 por ciento de la tasa de respiración en reposo de una persona.
El método también podría usarse para medir otros gases para proporcionar nuevas ideas sobre la contaminación del aire.
"Nuestro sistema se basa en la espectroscopía láser de peine de frecuencia, que surgió del trabajo ganador del Premio Nobel de Jan Hall en la Universidad de Colorado", dijo Coburn. "Debido a los avances recientes, pudimos sacar esta tecnología dellaboratorio y usarlo en el campo por primera vez. La combinación de esta técnica de espectroscopía de precisión con nuevos métodos computacionales nos permitió identificar las fuentes de metano y determinar las tasas de emisión con una sensibilidad y un rango incomparables ".
Análisis rápido y preciso
El metano y otros gases absorben la luz a longitudes de onda infrarrojas específicas, creando un espectro de absorción que puede usarse como una huella digital para detectar gases en el aire. El nuevo sistema utiliza un rayo láser de exploración con reflectores discretos colocados alrededor del campo para determinar la cantidadde metano en el aire que se cruza con cada trayectoria del haz. La comparación de las mediciones de dos trayectorias del haz láser muestra si hay una fuga en el área entre las trayectorias. La ubicación y el tamaño exactos de la fuga se determinan utilizando métodos recientemente desarrollados que utilizan modelos atmosféricos que simulancómo se mueven los gases a través del área en el momento de la medición.
Un componente clave del sistema es un láser de peine de frecuencia, que emite cientos de miles de longitudes de onda infrarrojas, en lugar de la longitud de onda emitida por los láseres tradicionales. El uso de este tipo de láser para espectroscopía permite mediciones rápidas en un amplio rango de longitudes de onda conresolución muy alta, que resultó importante para distinguir gases que absorben a longitudes de onda similares, como el metano y el agua.
"El cambio en la concentración de metano a favor del viento de una pequeña fuga es casi igual al cambio en el metano debido a la dilución por vapor de agua que ocurre cuando comienza una tormenta", explicó Gregory Rieker, investigador principal del proyecto de desarrollo de tecnología de detección de metano."La espectroscopía de peine de frecuencia láser nos permite medir de forma simultánea y precisa el vapor de agua y el metano. Esto nos permite corregir el agua en el aire, que es fundamental para detectar aumentos muy pequeños de metano en un área grande".
El sistema también calcula la concentración de metano de fondo, que puede cambiar a medida que cambia el viento. Esto es fundamental para distinguir una pequeña fuga de un cambio en la concentración general de metano en el aire.
"Se cree que una gran proporción de las emisiones de metano que contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero del petróleo y el gas provienen de fugas intermitentes", dijo Caroline Alden, coautora principal del estudio. "Para detectar y analizar este tipo de fugascontinuamente, desarrollamos métodos computacionales que proporcionan un historial de cómo las emisiones varían con el tiempo "
Mediciones de metano en exteriores
Los investigadores demostraron el sistema en una serie de pruebas diseñadas para imitar escenarios que podrían enfrentarse en un campo de petróleo y gas. Alojaron el láser de peine de frecuencia en un remolque móvil y generaron múltiples trayectorias de haz que cubrían aproximadamente un kilómetro a unreflector de bajo costo.
Para un experimento, los investigadores configuraron el sistema para cuantificar una pequeña fuga controlada a aproximadamente 1 kilómetro del remolque móvil y a 50 metros de los rayos láser. Además de determinar cuándo la fuga controlada estaba activa y cómo las tasas de emisión cambiaron durante 20 horas, los investigadores demostraron mediciones de emisiones tan bajas como 2 gramos por minuto.
En otra prueba, colocaron cinco posibles fugas de metano en varios lugares entre múltiples trayectorias de rayos láser. Los investigadores pudieron determinar qué fuentes tenían fugas y determinar las tasas de emisión de esas fugas.
Además de continuar refinando el sistema y probarlo en varios escenarios, los investigadores planean trabajar con socios de la industria para ver cómo funcionará el sistema en los sitios reales de producción de petróleo y gas. Trabajando con la empresa spin-off Longpath Technologies, ellosdesea comercializar la tecnología como un servicio de detección para la industria del petróleo y el gas.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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