史丹福團隊評估連續檢測技術，為全球甲烷減排政策提供科學依據
甲烷作為一種高效的溫室氣體，其排放對全球氣候變化的影響已癒發引起全球關注。
與二氧化碳相比，甲烷的溫室效應是它的 28-34 倍，雖然在大氣中的濃度較低，但對氣候變暖的貢獻不可忽視。
隨著各國相繼出台碳中和目標和政策，減少甲烷排放已成為實現氣候目標的關鍵一環。
然而，甲烷排放的來源多樣且分佈廣泛，如何實現精準、高效的排放監測，成為科研界和環保行業面臨的一大挑戰。
近年來，連續監測技術的快速發展為這一難題提供了突破口。
通過將先進的傳感器技術與大數據分析相結合，連續監測系統不僅能夠提供實時、精確的排放數據，還可以幫助分析不同來源的甲烷排放量，為決策者提供數據支撐。
然而，現有技術仍面臨成本高昂、覆蓋範圍有限等瓶頸，如何進一步提升監測技術的可操作性和經濟性，成為當前研究的重點。
近期，美國史丹福大學團隊聚焦於油氣行業的甲烷排放問題，為上述問題提供解決方案。
史丹福大學博士生陳震林和研究科學家沙夏爾·H·艾爾阿畢地（Sahar H. El Abbadi）是共同第一作者，亞當·R·波蘭特（Adam R. Brandt）教授擔任通訊作者。
圖丨相關論文（來源：ACS ES&T Air）
隨著全球氣候變暖的加劇，尤其是甲烷這種溫室氣體的高排放成為亟待解決的全球性挑戰之一。美國最新的甲烷排放費政策，將該問題推到了政策討論的前沿。
油氣行業是甲烷排放的主要來源之一。當前，傳統的間歇性檢測手段無法全面捕捉設施的實際排放狀況，特別是在捕捉間歇性高排放事件（如超級排放源）方面存在明顯不足。
這些超級排放源（Super-emitters）的出現往往導致溫室氣體的短期大規模釋放，而控制這些排放源對於溫室氣體減排至關重要。
圖丨當期期刊封面（來源：ACS ES&T Air）為了應對這一挑戰，該課題組基於大規模受控釋放實驗，評估了 8 種商用連續監測技術。
其涵蓋了來自 Ecotec、SOOFIE、Project Canary、Qube Technologies、Sensirion 等公司開發的傳感器網絡，以及 Andium、Kuva Systems、Oiler 等公司的攝像頭技術。
這項研究的重點在於，評估這些技術在檢測超級排放源和量化排放率方面的表現。
通過對這些技術方案的多維度評估框架，該研究不僅填補了當前研究的空白，還為製定更科學的甲烷減排政策提供了依據。
測試結果表明，多數系統在大規模排放事件的檢測上表現出色，能夠在排放發生的早期階段提供預警，這一功能對於油氣公司及時響應、減少環境損害至關重要。
然而，這些系統在排放量的量化上仍然存在顯著不足，尤其是在日平均排放率的評估中普遍存在低估現象。
儘管如此，連續監測技術依舊在甲烷排放清單的編製中發揮著重要作用。
審稿人對該研究評價稱，受控釋放實驗設計精良、數據質量高，評估場景覆蓋了油氣行業的典型超級排放源。
特別是，該課題組開發的多維度評估體系能夠全面刻畫不同技術方案的優缺點，為技術選型和優化提供了科學參考。
其還認為，研究人員所提出的建議具有很強的可操作性，為該領域的進一步研究指明了方向。
未來，研究成果有望在以下四個關鍵領域產生重要影響：
第一，政策製定和實施。該研究的量化評估框架為政府部門製定甲烷排放政策提供了科學依據。
比如，美國提出的甲烷排放費政策可以借鑒該研究結果，從而在技術成熟度和政策可行性之間找到平衡點。
第二，油氣企業的減排策略優化。油氣企業可以根據研究成果優化自己的減排技術路線。特別是那些量化能力較強的系統，能夠幫助企業準確評估減排措施的有效性，選擇最具成本效益的方案。
第三，推動全球甲烷減排行動。該研究不僅面向中國的油氣行業，也為全球範圍內的甲烷減排提供瞭解決方案。
未來，隨著研究成果在更大範圍內的推廣和應用，中國有望在全球減排行動中發揮更加重要的作用。
第四，監測技術的產業化應用。隨著連續監測需求的增加，該領域將催生一批環保裝備企業，為油氣、電力等行業提供先進的監測解決方案。
在進行實驗期間，研究成員經歷了許多難忘的時刻。實驗地點位於美國亞利桑那州的沙漠，白天氣溫高達 40℃，夜晚又涼意襲人。
在惡劣的自然條件下，他們面對的挑戰不僅來自於技術上的困難，還包括環境帶來的不便。
例如，在一次沙塵暴中，實驗設備受到了損壞，課題組成員不得不花費數小時進行修復。
這樣的經歷雖然艱辛，但也進一步鍛鍊了團隊的協作能力，並讓研究人員更深刻地體會到環境科學研究的複雜性和不可預測性。
有一次，在實驗過程中，團隊通過菲力爾相機發現了管道連接處的微小泄漏。
這種泄漏雖然不大，但足以影響實驗數據的準確性。為了確保實驗的完整性，團隊決定中斷實驗，對管道進行重新維修。
儘管這一事件導致了實驗進度的延誤，但團隊成員深知，確保數據質量是科研工作的核心，因此大家都毫無怨言。
圖丨實驗場地地點佈局圖（來源：ACS ES&T Air）基於當前研究的初步研究成果，該課題組計劃在以下幾個方面開展進一步的研究：
第一，複雜環境下的技術評估。未來該團隊將把實驗環境拓展到更加複雜的場景，模擬真實的油氣基礎設施的分佈，全面考察連續監測技術的適應性和穩定性。
第二，量化能力的提升。針對現有技術在量化排放方面的不足，團隊計劃與技術提供商合作，優化算法和傳感器性能，提升排放率的估算準確度。
同時，研究還將探索多源數據融合策略，結合其他測量手段以獲得更精確的排放量估計。
第三，長期性能測試。團隊計劃開展為期 6 至 12 個月的長期測試，考察不同監測系統在惡劣工況下的長期表現和維護需求，以指導未來的技術選型和優化。
第四，標準化與應用指南的製定。為了更好地推廣連續監測技術，團隊將與行業協會和監管機構合作，推動建立一套完整的技術評估標準和應用指南。
第五，示範項目的開展。為了展示連續監測技術的應用效果，研究人員計劃與油氣公司合作，開展綜合性示範項目，將研究成果應用到實際生產中，形成最佳實踐案例。
圖丨基於時間的連續監測系統檢測結果（來源：ACS ES&T Air）總的來說，該研究不僅填補了甲烷排放監測技術的研究空白，還為甲烷減排的政策製定和技術優化提供了堅實的科學依據。
儘管研究過程充滿挑戰，但通過團隊成員的努力與合作，研究取得了重要突破。
未來，隨著技術的不斷優化和應用範圍的擴大，連續監測技術有望為全球的溫室氣體減排行動做出更大貢獻。
另據悉，陳震林的求學之路始於美國康奈爾大學，主修環境科學和數據科學。本科畢業後，他來到史丹福大學，攻讀大氣與能源工程碩士學位，進一步拓寬了在能源領域的專業視野。
圖｜陳震林（來源：陳震林）如今，陳震林作為史丹福大學波蘭特教授實驗室博士生，專注於改進油氣行業甲烷排放的監測技術。
此外，他還引入人工智能和大語言模型，提升能源數據提取和分析的效率，旨在降低成本並改進能源模型的性能表現。
參考資料：
1.Zhenlin Chen,Sahar H. El Abbadi et al. Comparing Continuous Methane Monitoring Technologies for High-Volume Emissions: A Single-Blind Controlled Release Study.ACS EST Air 2024, 1, 8, 871–884. https://doi.org/10.1021/acsestair.4c00015
https://www.npr.org/2023/12/02/1216401828/epa-aims-to-slash-the-oil-industrys-climate-warming-methane-pollution
https://www.reuters.com/sustainability/climate-energy/us-proposes-fee-methane-big-oil-gas-producers-2024-01-12/
運營/排版：何晨龍
