Drohnen: Lasergestütztes System spürt Methangas-Lecks auf
Das Aufspüren von Gaslecks ist aufwendig. Aber es kann auch einfacher gehen: mit Drohnen, einer mobilen Basisstation und einem Laser.
(Bild: Princeton University / Bumper DeJesus)
Ein Forschungsteam der Princeton University hat eine Drohne entwickelt, mit deren Hilfe sich lasergestützt große und kleine Lecks ermitteln lassen, aus denen schädliche Treibhausgase wie etwa Methan entweichen. Die Drohne ist dadurch in der Lage, Lecks in Erdgasanlagen zu entdecken, die 25-mal kleiner sind, als diejenigen, die mit herkömmlichen Methoden entdeckt werden. Sie sollen sich bis auf einen Meter genau erkennen sowie quantifizieren lassen.
Das vorgeschlagene Verfahren kombiniert die Beweglichkeit einer Drohne mit den Vorteilen von Fernerkundungsfähigkeiten, schreiben die Forschenden in ihrem wissenschaftlichen Paper "Stationary and drone-assisted methane plume localization with dispersion spectroscopy", das in der Fachzeitschrift Remote Sensinig of Environment veröffentlicht ist.
"Derzeitige Ansätze zum Aufspüren von Lecks beruhen oft auf tragbaren Infrarotkameras, die arbeitsintensiv zu bedienen und für kleine Lecks unempfindlich sind, oder sie verwenden Methoden, die den Aufbau einer umfangreichen Messinfrastruktur im Voraus erfordern", sagte Gerard Wysocki, außerordentlicher Professor für Elektro- und Computertechnik am Andlinger Center for Energy and the Environment. "Aber mit einer Drohne ist man völlig frei in der Gestaltung des Messbereichs."
Prinzipiell ist es möglich, Gassensoren direkt in einer Drohne einzusetzen. Solche Sensoren sind jedoch sehr schwer, teuer und bei einem Absturz der Drohne gehen gleich hohe Werte verloren. "Man kann wirklich nicht mehr als einen Gassensor auf einmal an einer Drohne anbringen, sonst wird sie einfach zu groß und sperrig, um zu fliegen. Außerdem möchte man wahrscheinlich nicht riskieren, einen teuren Sensor über die Lagune einer Kläranlage oder das Abfackeln einer Kompressorstation zu fliegen", sagt Mark Zondlo, Professor für Bau und Umwelttechnik.
Mit Laser und Reflektor
Die Wissenschaftler der Princeton University setzen daher auf einen anderen Ansatz und statten ihre Drohne lediglich mit einem Retroreflektor aus. Dabei handelt es sich um einen Spiegel, der einfallendes Licht direkt zur Quelle zurück reflektieren kann. Die Gassensoren befinden sich auf einer mobilen Basisstation, wie beispielsweise einem Lieferwagen. In der Basisstation wird die Bewegung der Drohne verfolgt. Ein Laserstrahl wird von der Drohne um ein vermutetes Leck herum reflektiert. Der Bediener kann so die Quelle des Lecks genau bestimmen und dann ihre Intensität messen.
Durch diese Vereinfachung konnten die Wissenschaftler kleinere, preiswertere Drohnen mit längeren Flugzeiten einsetzen. Auch können so detailliertere Emissionsdaten über große Gebiete hinweg gesammelt werden, wie etwa auch Lecks in Gasleitungen wie Nordstream, die unter Wasser liegen. So lassen sich ganze Erdgasanlagen mit einem einzigen Drohnenflug überwachen, schwärmen die Wissenschaftler. Die so aufgespürten Lecks könnten Betreiber dann schnell abdichten, bevor das schädliche Gas in die Atmosphäre gelangt.
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Die Methode ermögliche es zudem, auch andere Gase wie etwa Kohlendioxid und Ammoniak zu messen. Dazu müssten lediglich weitere Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen zum Basissystem hinzugefügt werden. Der Rest des Systems sei bereits für diese Nutzung ausgelegt und müsse nicht weiter angepasst werden.
(olb)