Google Street View-biler er øjne på jorden for metanlækager i byerne

Et sæt Google Street View-kortlægningsbiler, specielt udstyret med banebrydende metananalysatorer, tillader Colorado State University-forskere at "se" usynlige metanlækager fra naturgasledninger under vores gader.

De tekniske og beregningsmæssige udfordringer ved at måle metan, og de komplekse metoder, der bruges til at indsamle, analysere og offentliggøre data, er beskrevet i et nyt papir i bladet Miljøvidenskab og -teknologi 22. marts.

Det banebrydende projekt ledes af Joe von Fischer, CSU lektor i biologi, i partnerskab med non-profit Environmental Defense Fund (EDF), og Google Earth Outreach. von Fischers CSU-medforfattere inkluderer forskere fra statistik (Dan Cooley), atmosfærisk videnskab (Russ Schumacher), og jord- og afgrødevidenskab (Jay Ham), samt eksperter fra University of Northern Colorado og nonprofit videnskabskollektivet Conservation Science Partners.

Data fra projektet hjælper forsyningsselskaber, regulatorer og fortalergrupper reducerer spild og miljøbelastende lækager hurtigere og mere omkostningseffektivt.

Udover at være hovedingrediensen i naturgas, metan er også en potent drivhusgas, med over 80 gange kuldioxidens opvarmningseffekt over en 20-årig tidsramme. En voksende bevidsthed om denne klimarisiko har ansporet ny interesse for at finde og rette lækager på lavt niveau i hele naturgasforsyningskæden, herunder lokale forsyningssystemer, hvor mange lavtliggende utætheder kan vare ved i mange år. Det behov har affødt en ny form for videnskab.

"Dette er en kæmpe udfordring, som næsten ingen havde tænkt på. Nu er vi ved at finde ud af, hvor udbredte disse lækager er, " sagde von Fischer. "Jo hurtigere du fikser dem, jo større er miljøfordelene. Men forsyningsselskaber og regulatorer havde ikke dataene til at fokusere deres indsats. Det er her, vi kommer ind. Vores mål er at gøre det hurtigere, billigere og nemmere at finde og måle metanlækager fra naturgasledninger for at hjælpe med at fremskynde vigtige reparationer."

Til Google-projektet, von Fischer og kolleger var især ivrige efter at identificere og kvantificere metanlækager fra nationens byområder, hvor naturgasledninger ligger flere meter under jorden. Deres EDF Google Street View-projekt er et første af sin slags, omfattende opgørelse over metanlækagekilder i byer. Målet er at kaste et kraftfuldt lys over denne tidligere usynlige, svært at definere problem.

En hovedmotivation for projektet er at hjælpe forsyningsselskaber og regeringer med at prioritere lækagereparationer baseret på størrelsen af ​​emissioner. Forskerne beregner, at reparation af de største 8 procent af lækager ville reducere rørledningens metan-emissioner med 30 procent. New Jersey-forsyningsselskabet PSE&G har godkendt opgraderinger til en værdi af næsten 1 milliard dollars, delvist styret af CSU-forskernes data.

Den grundlæggende teknologi, der har gjort det muligt for projektet at blomstre, er en infrarød lasermetananalysator. Disse mobile instrumenter, som ikke engang fandtes for et årti siden, kan identificere vaner af metangas i realtid, uden behov for en gaskromatografianalyse i laboratoriet.

"Luften indeholder gasser, der får den til at se tåget ud i det infrarøde spektrum, "von Fischer forklarede. "Laseren kan scanne gennem farver af infrarødt lys og 'se', hvor meget metan der er til stede."

Kernen i indsatsen er et sæt algoritmer og protokoller, der giver nøjagtig opgørelse af metanlækager, inklusive størrelsen af ​​fanerne.

Før de tog deres teknologi ind i Street View-biler, forskerne kørte først indledende test med forskningskøretøjer kørt rundt på campus og på asfalten ved Christman-flyvepladsen. Dette omfattede kontrolleret udslip af metan i både åbne og bymæssige miljøer.

Projektet har involveret at designe optimale ruter for Google-chaufførerne, samtidig med at chaufførernes interaktion med udstyret holdes passiv og enkel. Forskerne har også udviklet metoder til at frasortere falsk positive aflæsninger – f.eks. hvordan man kan se forskel på en ægte metanlækage, og en egensindig aflæsning fra en losseplads eller nærliggende el-anlæg.

For von Fischer, en klassisk uddannet økosystemøkolog, projektet har strakt ham som videnskabsmand og har katalyseret interaktioner med en svimlende række af discipliner. "Jeg taler jævnligt med advokater, industrifolk, statistikere, dataloger, atmosfæriske fysikere, Google...det er bare en del af mit liv nu, " han sagde.

På nuværende tidspunkt, der er fire Google Street View-biler i forskellige byer med CSU-metananalysatorerne, som von Fischer og kollegers arbejde fortsætter. Chaufførerne bliver bedt om at køre alle vejene i et forudbestemt område for at fange lækagedata, som CSU-forskerne downloader, analysere, og upload til et offentligt websted, der er hostet af EDF.

For at håndtere de enorme datastrømme, projektet producerer - omkring 2, 000 datapunkter i minuttet - CSU-datalogiforsker Sangmi Pallickara skaber en cloud-baseret platform til at administrere, gemme og præsentere dataene.

Indtil nu, CSU-metananalysatorerne har leveret lækagekort over Boston; Burlington, Vermont; Chicago, Dallas, Indianapolis, Jacksonville, Los Angeles, Mesa, Arizona; Pittsburgh; Staten Island, New York; og Syracuse, New York.

Blandt andet, de har rapporteret det, gennemsnitlig, Boston, Staten Island og Syracuse - byer med gamle, korrosionsudsatte distributionsledninger - havde utætheder, der frigav 25 gange mere metan per kilometer vej (2 liter metan per minut per kilometer) end Burlington og Indianapolis (0,08 liter metan per minut per kilometer).