甲烷作为一种高效的温室气体，其排放对全球气候变化的影响已愈发引起全球关注。
与二氧化碳相比，甲烷的温室效应是它的 28-34 倍，虽然在大气中的浓度较低，但对气候变暖的贡献不可忽视。
随着各国相继出台碳中和目标和政策，减少甲烷排放已成为实现气候目标的关键一环。
然而，甲烷排放的来源多样且分布广泛，如何实现精准、高效的排放监测，成为科研界和环保行业面临的一大挑战。
近年来，连续监测技术的快速发展为这一难题提供了突破口。
通过将先进的传感器技术与大数据分析相结合，连续监测系统不仅能够提供实时、精确的排放数据，还可以帮助分析不同来源的甲烷排放量，为决策者提供数据支撑。
然而，现有技术仍面临成本高昂、覆盖范围有限等瓶颈，如何进一步提升监测技术的可操作性和经济性，成为当前研究的重点。
近期，美国斯坦福大学团队聚焦于油气行业的甲烷排放问题，为上述问题提供解决方案。
日前，相关论文以《高排放量甲烷连续监测技术的比较：单盲控制释放研究》（Comparing Continuous Methane Monitoring Technologies for High-Volume Emissions: A Single-Blind Controlled Release Study）为题目发表在 ACS ES&T Air[1]。
斯坦福大学博士生陈震林和研究科学家萨哈尔·H·艾尔阿巴迪（Sahar H. El Abbadi）是共同第一作者，亚当·R·波兰特（Adam R. Brandt）教授担任通讯作者。
图丨相关论文（来源：ACS ES&T Air）
随着全球气候变暖的加剧，尤其是甲烷这种温室气体的高排放成为亟待解决的全球性挑战之一。美国最新的甲烷排放费政策，将该问题推到了政策讨论的前沿。
油气行业是甲烷排放的主要来源之一。当前，传统的间歇性检测手段无法全面捕捉设施的实际排放状况，特别是在捕捉间歇性高排放事件（如超级排放源）方面存在明显不足。
这些超级排放源（Super-emitters）的出现往往导致温室气体的短期大规模释放，而控制这些排放源对于温室气体减排至关重要。
图丨当期期刊封面（来源： ACS ES&T Air ）
为了应对这一挑战，该课题组基于大规模受控释放实验，评估了 8 种商用连续监测技术。
其涵盖了来自 Ecotec、SOOFIE、Project Canary、Qube Technologies、Sensirion 等公司开发的传感器网络，以及 Andium、Kuva Systems、Oiler 等公司的摄像头技术。
这项研究的重点在于，评估这些技术在检测超级排放源和量化排放率方面的表现。
通过对这些技术方案的多维度评估框架，该研究不仅填补了当前研究的空白，还为制定更科学的甲烷减排政策提供了依据。
测试结果表明，多数系统在大规模排放事件的检测上表现出色，能够在排放发生的早期阶段提供预警，这一功能对于油气公司及时响应、减少环境损害至关重要。
然而，这些系统在排放量的量化上仍然存在显著不足，尤其是在日平均排放率的评估中普遍存在低估现象。
尽管如此，连续监测技术依旧在甲烷排放清单的编制中发挥着重要作用。
审稿人对该研究评价称，受控释放实验设计精良、数据质量高，评估场景覆盖了油气行业的典型超级排放源。
特别是，该课题组开发的多维度评估体系能够全面刻画不同技术方案的优缺点，为技术选型和优化提供了科学参考。
其还认为，研究人员所提出的建议具有很强的可操作性，为该领域的进一步研究指明了方向。
未来，研究成果有望在以下四个关键领域产生重要影响：
第一，政策制定和实施。该研究的量化评估框架为政府部门制定甲烷排放政策提供了科学依据。
比如，美国提出的甲烷排放费政策可以借鉴该研究结果，从而在技术成熟度和政策可行性之间找到平衡点。
第二，油气企业的减排策略优化。油气企业可以根据研究成果优化自己的减排技术路线。特别是那些量化能力较强的系统，能够帮助企业准确评估减排措施的有效性，选择最具成本效益的方案。
第三，推动全球甲烷减排行动。该研究不仅面向中国的油气行业，也为全球范围内的甲烷减排提供了解决方案。
未来，随着研究成果在更大范围内的推广和应用，中国有望在全球减排行动中发挥更加重要的作用。
第四，监测技术的产业化应用。随着连续监测需求的增加，该领域将催生一批环保装备企业，为油气、电力等行业提供先进的监测解决方案。
在进行实验期间，研究成员经历了许多难忘的时刻。实验地点位于美国亚利桑那州的沙漠，白天气温高达 40℃，夜晚又凉意袭人。
在恶劣的自然条件下，他们面对的挑战不仅来自于技术上的困难，还包括环境带来的不便。
例如，在一次沙尘暴中，实验设备受到了损坏，课题组成员不得不花费数小时进行修复。
这样的经历虽然艰辛，但也进一步锻炼了团队的协作能力，并让研究人员更深刻地体会到环境科学研究的复杂性和不可预测性。
有一次，在实验过程中，团队通过菲力尔相机发现了管道连接处的微小泄漏。
这种泄漏虽然不大，但足以影响实验数据的准确性。为了确保实验的完整性，团队决定中断实验，对管道进行重新维修。
尽管这一事件导致了实验进度的延误，但团队成员深知，确保数据质量是科研工作的核心，因此大家都毫无怨言。
图丨实验场地地点布局图（来源： ACS ES&T Air ）
基于当前研究的初步研究成果，该课题组计划在以下几个方面开展进一步的研究：
第一，复杂环境下的技术评估。未来该团队将把实验环境拓展到更加复杂的场景，模拟真实的油气基础设施的分布，全面考察连续监测技术的适应性和稳定性。
第二，量化能力的提升。针对现有技术在量化排放方面的不足，团队计划与技术提供商合作，优化算法和传感器性能，提升排放率的估算准确度。
同时，研究还将探索多源数据融合策略，结合其他测量手段以获得更精确的排放量估计。
第三，长期性能测试。团队计划开展为期 6 至 12 个月的长期测试，考察不同监测系统在恶劣工况下的长期表现和维护需求，以指导未来的技术选型和优化。
第四，标准化与应用指南的制定。为了更好地推广连续监测技术，团队将与行业协会和监管机构合作，推动建立一套完整的技术评估标准和应用指南。
第五，示范项目的开展。为了展示连续监测技术的应用效果，研究人员计划与油气公司合作，开展综合性示范项目，将研究成果应用到实际生产中，形成最佳实践案例。
图丨基于时间的连续监测系统检测结果（来源：ACS ES&T Air）
总的来说，该研究不仅填补了甲烷排放监测技术的研究空白，还为甲烷减排的政策制定和技术优化提供了坚实的科学依据。
尽管研究过程充满挑战，但通过团队成员的努力与合作，研究取得了重要突破。
未来，随着技术的不断优化和应用范围的扩大，连续监测技术有望为全球的温室气体减排行动做出更大贡献。
另据悉，陈震林的求学之路始于美国康奈尔大学，主修环境科学和数据科学。本科毕业后，他来到斯坦福大学，攻读大气与能源工程硕士学位，进一步拓宽了在能源领域的专业视野。
图｜陈震林（来源：陈震林）
如今，陈震林作为斯坦福大学波兰特教授实验室博士生，专注于改进油气行业甲烷排放的监测技术。
此外，他还引入人工智能和大语言模型，提升能源数据提取和分析的效率，旨在降低成本并改进能源模型的性能表现。
参考资料：
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://blogs.edf.org/energyexchange/2023/11/13/three-ways-epas-upcoming-methane-regulations-will-help-slow-climate-change-and-protect-public-health/
https://www.reuters.com/sustainability/climate-energy/us-proposes-fee-methane-big-oil-gas-producers-2024-01-12/
运营/排版：何晨龙
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