Usando drones e lasers, pesquisadores identificam vazamentos de gases de efeito estufa

À medida que aumentam as evidências de que os sistemas de perfuração de gás e esgoto vazam muito mais gases de efeito estufa do que se acreditava anteriormente, uma equipe de pesquisadores de Princeton desenvolveu um método para identificar vazamentos grandes e pequenos para reparo rápido.

Sua abordagem de detecção baseada em laser, detalhada em um artigo publicado na Sensoriamento remoto do ambientepode detectar e quantificar com precisão grandes vazamentos de gases de efeito estufa e vazamentos até 25 vezes menores do que os normalmente detectados em instalações de gás natural usando outros métodos, localizando a fonte de emissões em um metro.

Por aproveitar os recursos de sensoriamento remoto dos lasers combinados com a agilidade dos drones, a nova tecnologia também pode ser usada para detectar rapidamente vazamentos invisíveis em áreas de difícil acesso, uma inovação que os pesquisadores disseram abrir o potencial de mudança de jogo. para detecção atmosférica.

“As abordagens atuais para detecção de vazamentos muitas vezes dependem de câmeras infravermelhas portáteis que são trabalhosas para operar e insensíveis a pequenos vazamentos, ou usam métodos que exigem a configuração de extensa infraestrutura de medição antes do tempo”, disse Gerard Wysocki, professor associado de elétrica e engenharia da computação e professores associados no Andlinger Center for Energy and the Environment. “Mas com um drone, você tem total liberdade para configurar sua área de detecção”.

A abordagem dos pesquisadores consiste em um pequeno drone equipado apenas com um retrorrefletor, um tipo de espelho que reflete a luz recebida diretamente de volta à fonte, e uma estação base de equipamento de detecção de gás com capacidade de rastrear o movimento do drone durante o voo. Rebater um feixe de laser do drone enquanto ele voa para definir pontos em torno de um vazamento suspeito permite que um operador identifique a fonte do vazamento e meça sua intensidade.

“Esse é realmente o santo graal da detecção de vazamentos”, disse Mark Zondlo, co-autor do estudo, professor de engenharia civil e ambiental e professor associado do Andlinger Center for Energy and the Environment.

Embora existam técnicas baseadas em drones para detecção atmosférica, elas geralmente exigem a montagem de um sensor de gás diretamente em um drone, uma prática que Zondlo disse que rapidamente se depara com alguns obstáculos importantes relacionados a quanto peso um drone pode carregar e quão arriscado é voar. um drone sobrecarregado com sensores caros em ambientes perigosos.

“Você realmente não pode colocar mais de um sensor de gás em um drone por vez, caso contrário, ele se tornará muito grande e volumoso para voar. E você provavelmente não quer arriscar voar um sensor caro sobre a lagoa de um tratamento de águas residuais. planta ou a queima de uma estação de compressão”, disse Zondlo.

Em vez de sobrecarregar o drone com sensores, o grupo de Princeton transferiu os caros componentes de detecção de gás para a estação base, que pode caber em uma plataforma móvel como uma van, o que significa que o drone só precisava carregar um pequeno espelho. Essa mudança permitiu que os pesquisadores usassem drones menores e mais baratos com tempos de voo mais longos para coletar dados de emissões altamente detalhados em grandes áreas, desbloqueando potencialmente a capacidade de monitorar instalações inteiras de transmissão e distribuição de gás natural em um único voo de drone.

“Nossa abordagem nos permite contornar as principais restrições do uso de drones e nos permite fazer pleno uso de seu potencial”, disse Zondlo. “É realmente uma mudança de paradigma em como podemos usar drones para detecção atmosférica”.

O método de detecção também pode permitir medições simultâneas de vários gases, um feito extremamente difícil com outras abordagens baseadas em drones devido a considerações de tamanho, peso e energia.

Michael Soskind, o primeiro autor do estudo e estudante de pós-graduação em engenharia elétrica e de computação, disse que adicionar a capacidade de medir outros gases como dióxido de carbono e amônia ao lado do metano seria tão simples quanto adicionar outros lasers de diferentes comprimentos de onda ao sistema básico. “Tudo o que você precisa fazer é adicionar um laser secundário ao sistema”, explicou ele. “O resto do sistema já está construído para fazer o trabalho.”

Por oferecer aos usuários uma grande flexibilidade, Wysocki disse que vê a abordagem da equipe como uma plataforma de tecnologia que pode estimular futuras inovações e aplicações além da detecção de vazamento de metano.

“A coisa mais empolgante não é simplesmente a capacidade de detecção de metano da tecnologia que desenvolvemos”, disse ele. “Trata-se realmente de desbloquear a capacidade de pesquisadores e profissionais usarem drones e outras técnicas de sensoriamento remoto para fazer medições detalhadas de pequenos vazamentos e reconstruir plumas de emissões. É uma tecnologia que abre as portas para detecção e reparo eficientes de vazamentos, o que pode ajudar os produtores a mitigar a segurança e os riscos ambientais desses vazamentos, além de economizar tempo e dinheiro.”