دور الاستشعار عن بعد المتنامي في رصد انبعاثات الترميم

وتتحول المواد المصنوعة من النفط الخام إلى البنزين والديزل ووقود الطائرات والبنزين، وتشمل هذه المعالجة عمليات الحرق والتفكك والتفريغ المستمر في الصهاريج، وعمليات أخرى تُطلق ملوثات جوية متنوعة، بما في ذلك ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين (NOx)، ومركبات عضوية متفجرة (VOCCHS4).

وقد برزت تكنولوجيات الاستشعار عن بعد كتكملة قوية لهذه النهج التقليدية، ويمكن لهذه الأدوات، من خلال قياس الغازات من مسافة بعيدة، أن تغطي مناطق كبيرة، وأن تكتشف الأعمدة التي كانت غير مرئية سابقا، وتوفر بيانات في وقت قريب من الوقت الحقيقي، ومن المتوقع أن يتجاوز حجم السوق العالمية للاستشعار عن بعد في رصد انبعاثات النفط والغاز 1.5 بليون دولار بحلول عام 2030، وذلك بسبب تشديد الأنظمة ودفع الصناعة نحو تحقيق أهداف صافية.

ما هي تقنيات الاستشعار عن بعد؟

ويشير الاستشعار عن بعد إلى الحصول على معلومات عن جسم أو ظاهرة دون إجراء اتصال مادي، وفي سياق رصد الانبعاثات، تستخدم هذه التكنولوجيات الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء أو الحرارة أو الموجات المشعة) لتحديد وتقييم غازات محددة في الغلاف الجوي، والمبدأ الأساسي هو أن كل جزيئات الغاز تستوعب أو تنبعث الطاقة في عمود واحد من خطوط الانبعاث الأحادية - " البصمة الفطرية " .

ويمكن تصنيف نظم الاستشعار عن بعد بواسطة منبرها: أجهزة الاستشعار الأرضية (المثبتة أو المحمولة) المحمولة جوا (الطائرات المطهرة، المروحيات، الطائرات الثابتة الجناحين)، أو السواتل، ولكل من هذه البرامج مزايا متميزة في التغطية المكانية، والتسوية الزمنية، وحدود الكشف، مثلا، توفر أجهزة الاستشعار الأرضية الدقة العالية على نطاق محلي، بينما يمكن للسواتل رصد مجمعات المصفاة والمناطق المحيطة بها يوميا.

أنواع تكنولوجيات الاستشعار عن بعد المستخدمة في رصد الترميم

ويجري الآن نشر مجموعة واسعة من أدوات الاستشعار عن بعد لرصد انبعاثات المصافي، وتورد الفروع التالية بالتفصيل التكنولوجيات الأكثر استخداماً وأوجه القوة التي تجلبها إلى سيناريوهات رصد مختلفة.

التصوير الضوئي للغاز

أما كاميرات التصوير الضوئية للغاز فهي أجهزة يدوية أو ثابتة تصور تسرب الغاز في الوقت الحقيقي باستخدام الترميم الحراري بالأشعة تحت الحمراء، وتكشف هذه الكاميرات عن التناقض الحراري بين الخلفية وسحابة الغاز، وكثير من المواد الهيدروكربونية - وخاصة الميثان وأجهزة التحلل الضوئي - الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (3-5 ميكروغرام) أو أجهزة التصوير البعيدة المدى بالأشعة تحت الحمراء (400-17).

Lisorption Lidar (DIAL)

وتقنية " ديال " هي تقنية متطورة قائمة على الليزر تُقيس تركيز غازات محددة على مسار الشعاع، وتصل إلى نبضات ليزرية واحدة في موجة مستوعبة من الغاز المستهدف، وواحدة في منطقة غير مستهلكة ذات سمة عالية، وتُطلق في الغلاف الجوي، ويكشف الفرق في كثافة الإشارات المبعثرة عن تركيز الغاز في كل عدد من مواقع الارتداد المربع.

Solar Occultation Flux (SOF) — UV —DOAS

وتستخدم أساليب التدفق الكهربي الشمسية نموذجاً قياسياً قابلاً للتلفزيون الفوقي الخافت لقياس امتصاص ضوء الشمس بواسطة غازات مثل ثاني أكسيد النيتروز، وثاني أكسيد النيتروز، والبنزين، وتقنية الرصد التفاضلي للفضاء الضوئي، التي تستخدم في كثير من الأحيان أجهزة الصقل الريحي المكيفة، تمسح السماء وتصفي كثافة العمود من الغاز المستهدف.

Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)

وتستخدم هذه المادة جهازاً ضيقاً من أجهزة التحكم بالأشعة المتطورة يُستخدم عبر خط امتصاص خاص بالغاز المستهدف (وهو ما يمثل الميثان الشائع) ويُوجَّه الشعاع الليزري عبر مسار (مثلاً حول حافة صهريج أو عبر خط مشتعل)، ويقاس تصاعد الإشارة لاستنباط تركيز الغازات العالية التقلبات في نفس الوقت.

الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل

وتوفر الأدوات الساتلية أوسع تغطية مكانية لرصد الانبعاثات وتشمل البعثات الساتلية الرئيسية ذات الصلة بالمصافي:

  • TROPOMI] (TROPOspheric Monitoring Instrument) on ESA’s Sentinel‐5P satellite — measures NO2, SO2, CH4, CO, and formaldehyde at a spatial resolution of 7 ×3.5 km (soon to improve to 5.5 × 3.5 km). TROPOMI has been used to detect SO2 quant cluster oil refinees from individual oil
  • OCO —2 " OCO —3] (Orbiting Carbon Observatory) - focus on CO2 and sun —induced chlorophyll fluorescence, but can also provide methane enhancements in certain conditions.
  • GHGSat] constellation — commercial micro--satellites with a resolution down to 25 m, specifically designed for methane point —source detection. GHGSat has been used to identify super-emitters at refineries in Texas and the Persian Gulf.
  • ]ECOSTRESS on the International Space Station — measures thermal infrared to monitor heat signatures and potentially detect flares and thermal gas leaks.

وكثيرا ما تستخدم البيانات الساتلية في قوائم جرد الانبعاثات من أعلى إلى أسفل، وتتحقق من التقديرات من أسفل إلى أعلى من تقارير المرفقات، ويعود الساتل الميثانسات الأخير الذي بدأ في عام 2024، حتى أنه أكثر دقة لرصد الميثان في المناطق الواسعة.

أجهزة الاستشعار ذات القاعدة

ويمكن أن توفر المركبات الجوية غير المأهولة المجهزة بمطيافات صغيرة، أو أجهزة التصوير التابعة لشبكة المعلومات الجغرافية، أو أجهزة التصوير التابعة لوكالة أوغست، خياراً مرناً ومرتفعاً للاستقصاء، ويمكن للطائرات العمودية أن تطير على ارتفاعات منخفضة (50-200 متر) وأن تحلق بالقرب من مصادر الانبعاثات، وتخفض التدخل من خلفيات الغلاف الجوي، وكثيراً ما تكون مفيدة جداً في تفتيش أكوام طويلة، ومشعلات متطورة يدوية، كما هي في إطار آلية

استحقاقات الاستشعار عن بعد لرصد انبعاثات الترميم

ويجلب اعتماد تكنولوجيات الاستشعار عن بعد مزايا متعددة على أساليب الرصد التقليدية.

  • Comprehensive coverage of large areas:] A single satellite pass or a drone flight can cover an entire refinery complex, including storage tank farms and wastewater treatment lagoons, which are difficult to monitor with ground-based stations.
  • Detection of flee and intermittent emissions:] Many emission events are short-lived or occur from leaky valves that are not captured by quarterly LDAR surveys. Remoteens can catch these spikes and provide a more accurate picture of total emissions.
  • Realtime or near —-inrealtime data:] Fixed systems like TDLAS or OGI cameras can feed data continuously into a control room, enabling immediate response. For example, if a methane leak is detected, operators can shut down the affected section and dispatch repair crews.
  • Cost efficiency:] While initial instrument costs are high, remoteens reduces the need for extensive manual sampling, scaffolding, and ladder access. The U.S. Department of Energy estimated that drone —based LDAR can cut inspection costs by 30 -50% compared to traditional methods.
  • Improved regulatory compliance:] Remoteens data can satisfy EPA’s required Method 21 (vegan for VOC leaks) and is accepted by many regulators as an alternative work practice (AWP). The EPA’s ] Alternative Work Practice rule allows OGIs cameras.
  • Support for emission inventories and climate goals:] Accurate, high-frequency data from satellites and drones help refineries track progress toward greenhouse gas reduction targets and provide transparent reporting to investors and NGOs.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من الفوائد الواضحة، تواجه تكنولوجيات الاستشعار عن بعد عدة عقبات تحد من انتشارها على نطاق واسع في المصافي.

التداخل بين الطقس والغلاف الجوي

فالكاميرات الخاصة بالدار والبوابة والرطوبة العالية والرياح القوية يمكن أن تضعف أداء أجهزة الاستشعار البصرية، وتعتمد على خطوط واضحة من المعالم، بينما تتطلب عمليات الاسترجاع الساتلية ظروفا خالية من الغيوم، ولا توفر أدوات ساتلية كثيرة سوى بيانات مفيدة عندما تكون زاوية الزناد الشمسية مواتية، مما يحد من التغطية في خطوط العرض المرتفعة أو خلال أشهر الشتاء، ولا يمكن للطائرات العمودية أن تطير في ظروف هطول أو عاصفة.

تفسير البيانات والمعايرة

ويتطلب تحويل إشارات الإشعاع الخام إلى تركيزات دقيقة للغاز وجود خوارزميات متطورة ومعايرة متكررة مع المعايير المعروفة، ويمكن أن تسفر مختلف تقنيات الاستشعار عن نتائج مختلفة لنفس السباكة، مما يؤدي إلى عدم اليقين، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تتباين عمليات تحسين عمود الميثان بواسطة السواتل بنسبة 20 في المائة تبعاً لمقياس الخوارزميات الاسترجاعية ولبيان المسبق المستخدم.

الحد من الحساسية والكشف

ولا يمكن كشف جميع مصادر الانبعاثات على قدم المساواة، إذ يمكن أن تنخفض التسربات الصغيرة والمنخفضة التركيز إلى ما دون عتبة الكشف عن أجهزة الاستشعار الساتلية (نحو 100 كيلوغرام/ساعة للميثان مع أجهزة الاستشعار الساتلية الحالية، وإن كانت البعثات الجديدة ترمي إلى 10 كيلوغرامات/ساعة).

قبول وتوحيد الأنظمة

ورغم أن المنظمين أصبحوا أكثر فأكثر من غيرهم من حيث الاستشعار عن بعد، فإن الأساليب التقليدية (مثلاً، طريقة إيباد 21 التي تستخدم فيها أجهزة كشف مخففة للهب) تظل المعيار الذهبي في العديد من الولايات القضائية، وكثيراً ما تُدير المصافي نظم رصد موازية لضمان الامتثال وزيادة التكاليف، وهناك حاجة إلى معايير قائمة على الأداء تحدد الحد الأدنى من وسائل الكشف والتواتر ونوعية البيانات بالنسبة لمعدات الاستشعار عن بعد.

حجم البيانات والتكامل

وينتج الاستشعار عن بعد عالي التردد بيانات ضخمة - تربات في اليوم من مجموعات السواتل أو استقصاءات الطائرات بدون طيار، ويجب أن تستثمر أجهزة الترميم في تخزين البيانات وتجهيز السحابات ومنابر التحليل لاستخراج أفكار عملية، كما أن إدماج بيانات الاستشعار عن بعد مع نظم مراقبة العمليات القائمة والإدارة البيئية أمر غير قابل للانتعاش، وكثيرا ما يتطلب تطوير برامجيات برمجيات محددة.

الاتجاهات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

وتتسارع وتيرة الابتكار في مجال الاستشعار عن بعد، مدفوعاً بخطى التقدم في أجهزة الاستشعار، وأجهزة الاستنشاق، والضغط التنظيمي، ومن المرجح أن تشكل الاتجاهات التالية العقد المقبل لرصد انبعاثات الصافرة.

التصغير والتكلفة الدنيا

وتخفض المطيافات المحتوية على نظام الرصد المتعدد الأطراف، وأجهزة الاستديوهات الليزرية المنخفضة التكلفة، أسعار أجهزة الاستشعار، وتكلف أجهزة الكشف عن الميثان المهيدالية أكثر من 000 50 دولار في العقد، وتبلغ تكلفتها الآن 000 5 دولار، وستمكن هذه العملية الديمقراطية المصافي الأصغر ومرافق منتصف المجرى من اعتماد تكنولوجيات الاستشعار عن بعد التي كانت متاحة سابقاً أمام مشغلي الخدمات الكبيرة فقط.

التكامل مع الاستخبارات الفنية والتعلم في مجال الآلات

ويمكن لنماذج التنفيذ الآلي أن تحدد مصادر الانبعاثات، وتصنف أنواع التسرب من فيديو أوغي، وتختلف الخلفية عن أحداث الانبعاثات الحقيقية، فعلى سبيل المثال، يمكن لنظم التعليم العميق التي يتم تدريبها على الصور الساتلية أن تكشف عن أشكال السباكة وتنسبها إلى عناصر بنية أساسية محددة، كما أن القياس الآلي باستخدام التعلم الآلات سيقلل الحاجة إلى التدخل اليدوي ويعجل بالإبلاغ.

البرمجيات الساتلية والرصد المستمر

والجيل القادم من جمعيات السواتل - مثل الميثانسات التي تبلغ مساحات طولها 200 كيلومتر وقرارها 100 متر، أو تحالف كاربون مابر الذي يضم عدة ساتلات صغيرة - ستوفر إعادة نظر شبه يومية على المصافي، وسيمكن الرصد المستمر من الفضاء من رصد اتجاهات الانبعاثات، وكشف حالات الشذوذ في غضون ساعات، ومساءلة المشغلين في الوقت الحقيقي القريب.

الشبكة المشتركة للاستشعار عن بعد والشبكة الداخلية للموقع

وقد يكون النهج الأكثر فعالية هو نظام ربط: إجراء دراسات استقصائية ساتلية لفحص المناطق الواسعة، أو رحلات جوية بدون طيار أو طائرات لتحديد المواقع الساخنة، وأجهزة استشعار أرضية للتحقق والرصد المستمر للسياجات، ويجري بالفعل نشر هذه الشبكات الهجينة في حوض بيرميان وساندو النفط في ألبرتا، وهي توفر السياق الكبير للصور والدقيق المحدد للموقع اللازم للتنظيم وخفض الانبعاثات.

التقييم التنظيمي والإبلاغ الإلزامي

ومع نضج الاستشعار عن بعد، من المرجح أن يكلف المنظمون باستخدامه، فقاعدة الميثان لعام 2024 التي وضعتها وكالة الطاقة الذرية لقطاع النفط والغاز تشجع استخدام نظام " أو جي أو " ، وتشترط على بعض المشغلين إجراء رصد فصلي باستخدام التصوير الضوئي للغاز، وتقتضي لائحة الاتحاد الأوروبي المتعلقة بالميثان، التي أصبحت نافذة المفعول في عام 2024، من جميع مستوردي الغاز الأحفوري رصد انبعاثات المي والإبلاغ عنها والتحقق منها باستخدام أساليب تشمل عمليات الاستطلاع بالسواتل والجوية التعجيل بتنفيذها.

خاتمة

وقد انتقلت تكنولوجيات الاستشعار عن بعد من أدوات البحث التجريبي إلى الأصول التشغيلية في مجال مكافحة انبعاثات المصفاة، ومن السياج الأرضية في مجال التكنولوجيا المتقدمة إلى مجموعات ساتلية تراقب من المدار، توفر هذه النظم تغطية وتواتراً وتفصيلاً غير مسبوقة، ويمكن المشغلين من الكشف بسرعة عن التسربات، وتحديد كمية الانبعاثات بثقة، والبرهنة على الامتثال للأنظمة التي تُستخدم في التبديد المستمر، والتحديات التي لا تزال قائمة، والمعيار، والتلوث، والمواءمة التنظيمية

For further reading on specific technologies and regulatory frameworks, see the EPA’s Methane Reporting Program and the EUMETSAT TROPOMI Fact Sheet]. For information on satellite —based methane monitoring, refer to MethaneSAT[FT