新型量子成像仪可有效监测油气开发过程中甲烷泄露

2021年8月18日，英国研究与创新机构（UKRI）发布消息称，布里斯托尔大学QLM技术公司研发出一款新型的量子成像仪，可以实现对石油和天然气开发过程中甲烷泄漏的监测，将有效支撑未来油气行业的生产安全和温室气体排放管控。该研究是UKRI投资224万英镑资助的“单光子激光雷达碳排放成像（SPLICE）”项目的重要成果。

随着天然气成为主要的化石燃料，工业气体泄漏正成为碳排放的主要来源。甲烷如果被释放到大气中，其温室气体效应比二氧化碳强84倍。因而甲烷的大规模泄露将引发严重后果。科学家估计，如果仅3.2%的甲烷从气井中泄漏而不被燃烧，那么天然气的环保性将比煤炭更差。因此，必须尽量减少或完全消除甲烷泄漏。SPLICE项目组建了一个世界领先的科学和工业联盟，旨在开发基于时间相关单光子计数的气体（甲烷）成像仪，这是量子技术的早期应用之一。这项革命性的技术将实现对工业甲烷泄露的低成本精确检测，使全球天然气行业能够控制温室气体排放，以减缓气候变化。此前基于激光的甲烷检测系统需使用复杂且昂贵的镜子阵列将光线反射到传统探测器中。相比之下，QLM技术公司的产品使用了一个单光子雪崩探测器（avalanche detector），它非常敏感，只需探测几个光子，因此不需要镜子就能“看到”气体。开发人员指出，油气行业甲烷排放规模是巨大的，仅在北美就有50多万口生产中的气井，全世界还有数千个海上钻井平台和天然气储存设施。在英国，有24个主要管道压缩机站，其主要为长距离天然气管道提供能量，以及数百个地面存储装置。该成像仪可以持续检测、量化和模拟泄漏的发展，并在气体泄漏时立即通知工厂操作人员。该技术代表了对当前检测方法的重大改进。

QLM技术公司未来将联合英国谢菲尔德大学、阿斯顿大学和布里斯托尔大学，扩大新传感器的气体探测范围，使之能够用于除甲烷以外的其他温室气体检测。研究人员表示，该成果也为在农业等其他领域使用这项技术开辟了可能性。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2021年第17期，刘文浩 编译。