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环球科学

《科学美国人》中文版官方博客

 
 
 

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谷歌街景车探测温室气体  

2014-07-28 16:28:03|  分类: 每日科学新闻 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文来自“科学美国人”中文版《环球科学》http://www.huanqiukexue.com/html/scilogs/2014/0728/24672.html

天然气在城市之中广泛使用,但是天然气同时也是温室气体之一,使用街景车探测天然气的泄漏,可指导公共设备的维护,减少甲烷的泄露,进而减缓气候变暖。

  

 

谷歌街景车配备了高精度的甲烷探测器,用来检测天然气的泄露点。
图片来源:David Biello
 
数一数纽约斯塔顿岛上甲烷泄露的来源,锈蚀的天然气管道、排水沟、垃圾场,谁能想到邮车也是其中之一?但是,当我坐着一辆装备了特殊设备的谷歌汽车在斯塔顿岛转悠的时候,事实证明,停在路边的一辆邮车竟是甲烷的最大泄漏点!
 
我乘坐的是一台装备了特殊设备的斯巴鲁轿车,车头处安装的探头连接到车厢内的一台光谱分析仪上,可以达到对接受到的空气样本近乎实时的分析。不仅如此,这辆车沿道路拍摄的照片可以透过 “街景模式”(Street View mode)在谷歌地图上查看,但是这种谷歌地图车的数量,并不为外界知晓。我所搭乘的这辆车的司机将其视为谷歌和环境保护基金会(EDF:Environmental Defense Fund)之间新的甲烷探测合作的范例。甲烷是一种高温室效应气体,在过去的几十年中,至少八倍于二氧化碳的热量被其存蓄于大气之中,这会显著加速全球变暖。
 
原先是一位森林生物学家的Steve Hamburg,后来成为了该生态小组的首席科学家,他认为这些靠天然气驱动的汽车才是这次合作中最大的惊喜。很显然,天然气驱动的汽车会混淆对于从地下渗出的天然气的探测结果。可是在测试期间“我们观察到每天街道上的测量值都在下降”,在我们出发前往纽约第五区进行甲烷监测的那个闷热的夏日,Hamburg回忆道,“那可是一辆巴士”,一辆天然气驱动的巴士,并且在运行中会泄露一点,就像纽约使用压缩天然气的“clean-air”公交车一样。
 

图片来源:David Biello
 
但是这次在斯坦顿岛的测试所提供的结果证明,纽约的旧管线也会泄露大量的甲烷。这次谷歌地球的业务拓展和环境保护基金会合作的关键,就在于通过谷歌街景车队,是否可以取得更加精确得甲烷泄露地图。街景车队搭载7.1米高的塔形全景相机,而且在绝对精确的谷歌地图上是可以看见的。这个理念就是,由于预算有限,所以只能在现有的设备上增加一个新的工具,通过估计已知泄露位置中气体逃出的多少,来判断先行修复的位置。
 
目前为止,这项实验使用了三辆街景车在三个地点追踪甲烷泄露的路径:波士顿、印第安纳波利斯和斯塔顿岛。大约1,500万个测量结果已经被添加到一份显示众多泄露点的地图中。在波士顿和斯坦顿岛,由于公共设施陈旧,平均每行驶1英里就会发现一个泄露点。而在印第安纳波利斯,每200英里才会发现一个泄露点,这是因为印第安纳波利斯正在进行管道升级。更令人振奋的是,印第安纳波利斯基本没有大的泄露点;而在波士顿和斯坦顿岛的地图上都可以看到几个红点,这表示此处的甲烷泄漏量超过每天6万升。
 
 
尽管这种相对较小甲烷排放不会在短期带来安全问题,但是确实对气候变化有重大影响。大气中的甲烷虽然比二氧化碳少,但是在其出现到分解的短短几十年里存蓄于大气之中的热量,比二氧化碳存蓄几百年,甚至一千年的还多。“我们想把损失降到最小”,Hamburg说,“我们正在浪费天然气产品,气候变化却在加快,而且还增加了空气污染。”
 
从历史上看,这些数据只有公用事业自身才知晓,或者当它明显到足以危害公共安全甚至可以被人的鼻子闻出来时,人们才会注意到这些数据。“这是环境数据的民主化,”Hamburg补充道。整体上看,这些数据没有什么令人意外之处。与公共设施比较陈旧的波士顿相比,印第安纳波利斯由于在近几十年内更换了天然气管道,所以泄露点较少。与此相对,波士顿40%的天然气管道是铸铁和裸露的钢管,它们更易被腐蚀,而且半数以上的管道已经使用了50年甚至更久。
 
在燃气广泛被使用前就存在的区域,泄露更加普遍。我们邻近的区域布鲁克林的郭瓦纳斯就是一个例子,那里成为超级泄露源的部分原因就是那些19世纪的城市设施,这些设施将煤转变成所谓的城市煤气。城市煤气曾被用来为燃气街灯提供燃料,但是随后这些管道部分被用来向居民输送天然气。“这些管子被埋于地下之时是为另一种气体设计的(而非天然气),而且含湿量也不同。”Hamburg解释道,“它们应当被替换成现代的塑料管道。”
 
选择斯塔顿岛的原因就是,在存在其他甲烷来源的情况下,检测泄露点颇有挑战,比如垃圾填埋场,在那里,大量的细菌会将腐败的垃圾转化为甲烷。除了经过纽约港的弗雷泽诺桥时读数较低,在布鲁克林和斯塔顿岛的正常大气中大概包含2ppm (ppm百万分率)的甲烷分子。在驶过穿越填埋场的高速公路时,由于填埋场中会释放出甲烷,其含量猛增至4.6ppm。然而在沿着位于那些不规肥料堆外围的甲烷回收厂四周行驶时,甲烷度数从来都没超过作为背景浓度的2ppm,“这令我印象深刻”,Hamburg说。
 
填埋场、排水沟、甚至牛群,当遇到特定的风向时,也会形成仪器读数的峰值,从而会被混淆为泄露点。这些特定的峰值通常为10ppm,但是驾驶员知道,真正的峰值会高达30甚至50ppm。考虑到这些其他来源的甲烷(如因燃气变得廉价而大量普及的天然气汽车),地图上的标注标准偏保守。“如果有疑问,就不记录,”Hamburg说。“我们宁可少读数,也不读错数”,这样就不会产生不必要的维修费用。而且随着天然气设施的不断维修和维护,许多从2013年得到的数据中取得的发现,现在很可能已经过时了。
 
驾车缓缓通过城市的街道和周边时,谷歌街景车经常会成为人们好奇的焦点。在实验进行中,人们常常驻足围观、拍照并向我们挥手。我们把车开的慢悠悠的,就像司机没什么经验,还在当地驾校学车似地。在理论验证阶段,车上的相机是关闭的,尽管谷歌现在拒绝透露车队的数量并且拒绝驾驶员(的信息)被引用,但是我们的目标是在将来的一天,使用街景车队在绘制街景地图的同时绘出甲烷泄露的地图来。
 

将微型软管固定于前车前,是使用车辆探测空气中甲烷的最好方式。
图片来源:David Biello
 
同样的设备也可以用来追踪其他形式的空气污染,比如造成哮喘和其他肺部疾病的煤烟。“甲烷只是第一种”,Tuxen-Bettman说,环境保护基金会(EDF)的Hamburg也强调了同样的观点。
 
这项开创性的努力是EDF开始于2012年的项目的一部分,其目的是更好地理解天然气的益处和危险。项目有了90个研究机构和一百多位科学家参与,并且涉及从测量大气中物质浓度的最佳方法,到探测从天然气公共设施中泄漏的一系列研究(从天然气井一直到最终的用户的各个部分)。初步研究表明,每开采并输送1000立方英尺的天然气时,多花1美分,就可以解决甲烷泄漏问题。
 
在实验进行中,停在斯塔顿岛郊区的邮车给出了我所见的最大峰值——4.7ppm,正好超过了高速公路旁纽约市最大的垃圾填埋场的读数。当邮车开走后,这个峰值消失了。“这就是为什么至少要在每条路上开两次那么重要,” Hamburg说,“为了确定来源是公共设施还是车辆,即使开三次也值得。”
 
现在的窍门就是沿着路一直开,每天开130到240公里来找到最大的泄露点,不过通常都是在绕圈子。光在河的对岸,就有数千公里的铸铁管道埋在新泽西的街道下。而这些路正等着有人开车走一遭,去探测甲烷的泄露,带来洁净的空气并与气候变化作斗争。或者,就像Hamburg问我的那样:“上回你在纽约城开车兜风是什么时候?”(翻译:徐瑞铎;审校:侯政坤)
 
关于作者:David Biello是环球科学能源与环境版块的助理编辑。关注他的twitter@dbiello
 
本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。
 
 
原文链接[科学美国人博客]:
http://blogs.scientificamerican.com/observations/2014/07/16/googles-cars-sniff-out-natural-gas-leaks-to-deliver-cleaner-air/
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