無人機+甲烷傳感器技術(shù)在甲烷排放監(jiān)測中的應(yīng)用
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甲烷作為全球第二大溫室氣體，具有增溫潛勢高、壽命短的特點，主要來源于煤炭、油氣生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和廢棄物處理等領(lǐng)域。
在能源行業(yè)，甲烷排放主要來源于煤炭開采、油氣行業(yè)和生物能源。據(jù)統(tǒng)計，這三者的占比分別為82.88%、13.24%和3.88%，共同構(gòu)成了能源行業(yè)甲烷排放的主要部分。而在農(nóng)業(yè)活動中，畜牧業(yè)和水稻種植是主要的甲烷排放源。
甲烷對全球變暖的貢獻高達25%，這一數(shù)字僅次于二氧化碳。而更令人擔(dān)憂的是，與二氧化碳相比，甲烷在吸附熱量的能力上更強，其增溫潛勢（GWP）更大。20年內(nèi)的全球GWP是二氧化碳的84倍，100年內(nèi)的全球GWP是二氧化碳的28倍。因此，降低甲烷排放對于應(yīng)對全球氣候變化挑戰(zhàn)具有極大的價值。
我國高度重視甲烷控排工作，2007年我國制定的《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》提出控制甲烷排放相關(guān)要求；“十二五”和“十三五”的控制溫室氣體排放工作方案中均提出控制甲烷等非二氧化碳溫室氣體相關(guān)措施；“十四五”規(guī)劃和《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》等文件均對甲烷管控做出要求。
2023年11月7日，《甲烷排放控制行動方案》經(jīng)國務(wù)院同意，并由生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合有關(guān)部門對外公開發(fā)布。新編制并發(fā)布《甲烷排放控制行動方案》是落實黨中央、國務(wù)院決策部署的重要舉措，是推動我國高質(zhì)量發(fā)展、推進減污降碳協(xié)同增效的內(nèi)在要求，是我國積極應(yīng)對氣候變化的自主行動，也是對全球氣候治理的積極貢獻。
近年來，我國在甲烷資源化利用方面取得一定成效，但甲烷排放控制仍然面臨統(tǒng)計監(jiān)測基礎(chǔ)較為薄弱、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完備等問題，技術(shù)和管理能力亟待提高，需要采取更加有力的措施，切實提升甲烷排放統(tǒng)計核算、監(jiān)測監(jiān)管等基礎(chǔ)能力，全面有序推進甲烷排放控制工作，積極參與應(yīng)對氣候變化全球治理。
隨著科技的發(fā)展，無人機和甲烷傳感器的結(jié)合正在改變我們對環(huán)境監(jiān)測的理解和實踐。特別是在甲烷排放監(jiān)測領(lǐng)域，這種創(chuàng)新的應(yīng)用已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。
無人機技術(shù)的快速發(fā)展使得我們有能力從空中獲取詳細(xì)的環(huán)境數(shù)據(jù)。其靈活性、快速響應(yīng)和無接觸的特性使得無人機成為環(huán)境監(jiān)測的理想工具。特別是在甲烷排放監(jiān)測中，無人機能夠覆蓋廣闊的區(qū)域，且不受地形限制，可以快速獲取全面的數(shù)據(jù)。
與此同時，甲烷傳感器也在不斷地發(fā)展和優(yōu)化。這種傳感器能夠準(zhǔn)確地檢測和測量環(huán)境中的甲烷濃度，為我們的環(huán)境監(jiān)測提供了精確的數(shù)據(jù)。通過將甲烷傳感器集成到無人機上，我們可以實現(xiàn)實時、高效的甲烷排放監(jiān)測。
工采網(wǎng)致力于甲烷監(jiān)測領(lǐng)域，提供基于催化燃燒式甲烷傳感器和非分散紅外（NDIR）甲烷傳感器等多種原理的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品有助于推動減污降碳協(xié)同增效，為甲烷排放控制提供有力、有序、有效的支持。
一、催化燃燒式甲烷傳感器
1.英國alphasense 催化燃燒式甲烷傳感器 (CH4傳感器) - CH-A3，CH-A3是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測元件和補償元件配對構(gòu)成測量電橋，當(dāng)遇到可燃性氣體時，可燃?xì)怏w在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生燃燒，載體溫度就升高，通過它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號。
2.日本Figaro 催化燃燒式甲烷傳感器 TGS6814 ，TGS6814是催化燃燒式的氣體傳感器,是TGS6812的升級版本?？梢詸z測100%LEL水平爆炸下限的甲烷氣體，亦可以檢測H2，此傳感器不但具有優(yōu)異的耐久性與快速響應(yīng)能力，與此同時,線性輸出與輸出的高度穩(wěn)定性也是其主要特征。TGS6814的蓋帽內(nèi)有特殊設(shè)計的過濾層，使其對有機蒸汽的交叉靈敏度很低。此外，此傳感器對硅化合物的耐受性更佳，更適應(yīng)惡劣環(huán)境。
二、紅外（NDIR）甲烷傳感器：
1.英國Alphasense 紅外甲烷傳感器 熱電堆探測器 - IRM-AT，IRM-AT是小尺寸紅外CH4氣體傳感器，采用非色散性紅外（NDIR）技術(shù)來檢測氣體的，根據(jù)不同的氣體在不同的濃度下對紅外光譜的吸收率不同來檢測目標(biāo)氣體的存在和濃度 不易受現(xiàn)場惡劣環(huán)境的影響。采用了雙通道采樣技術(shù)，可以自我抑制零點漂移。具有標(biāo)定周期長、抗干擾能力強、高精度、高可靠性和使用壽命長等特點。
2.英國Clairair 高分辨率紅外甲烷傳感器（NDIR CH4傳感器） Prime1，Prime1 傳感器利用 NDIR 技術(shù)檢測氣體濃度。傳感器內(nèi)部有一個紅外光源，一個雙元件紅外探測器，一個獨特的光波導(dǎo)讓氣體擴散進去， ARM7 內(nèi)核微處理器，電路提供的輸出電壓與電源極性無關(guān)。傳感器可以設(shè)置為線性電壓輸出，全量程 0.4V-2.0V 參考供電電源負(fù)極，或者設(shè)置為催化燃燒格式輸出，通常零點時是中間電壓，相對于檢測管腳在滿量程點的電壓是 100mV。此外，通過串口連接可以讀取輸出值和訪問內(nèi)部配置。通信連接點在 3 系的 Prime1 上是焊盤，在 5 系的 Prime1 上是管腳。內(nèi)部的集成電路可以實現(xiàn)的功能如驅(qū)動光器件，提取檢測信號，把信號強度轉(zhuǎn)化為濃度，進行溫度補償和量化輸出值等。在催化燃燒配置時，Prime1 可以在滿足電源供電要求的條件下，不改變電路并完全替代催化燃燒傳感器。當(dāng) Prime 1 用于恒流催化燃燒電路時，外圍元件則需要滿足電源的要求。Prime1 目前沒有過防爆認(rèn)證，所以如果用于危險區(qū)域，必須加防爆密封外殼。0.01%的高分辨率，量程為 0-10%Vol；0.1%分辨率，量程為 10-100%Vol。
3.英國GSS NDIR CH4傳感器FlameIR-ME1
FlameIR?-ME1是一款超低功率的 NDIR CH4傳感器，采用先進的固態(tài)LED光學(xué)技術(shù)
FlameIR?-ME1校正濃度高達0-5%甲烷 (100% LEL)
FlameIR?-ME1平均消耗 ~3.6mW （在縮短采樣周期時更低），使其與電源供電或可穿戴應(yīng)用兼容
The FlameIR?-ME1 在傳感器滿量程內(nèi)的讀數(shù)精度通常高于 0.01% + 3%
The FlameIR?-ME1 內(nèi)置零點跟蹤功能，可在產(chǎn)品使用壽命內(nèi)保持 CH4測量精度
FlameIR?-ME1將通過本質(zhì)安全認(rèn)證，符合 ATEX II GD Ex ia IIC T4 Gb。
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