ノーベルプリンテッドガスセンサーで温室化ガス放出に取り組み

概要

ナチュラルガスは、私たちのエネルギー供給の重要な部分です。北米には100万カ所以上の油井、ガス井があり、米国では総距離にして150万マイルのナチュラルガスのパイプラインがあります。メタンはナチュラルガスの主成分です。メタンガスは二酸化炭素より有害で、メタンは米国の温室化ガス排出量の約10%を占めています。米国エネルギー省のARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy = エネルギー高等研究計画局) は、PARCと協業し、低コストでナチュラルガス井でのメタンガス漏れ検知システムを開発することになりました。

課題

ナチュラルガス井でのメタンガス漏れ検知システムを低コストで開発
従来のメタン検知方法は、オンサイトでの人員と光学カメラの使用が必要なため、とくにリモートサイトでは非常にコスト高になり得るものでした。コスト面を除いても伝統的なモニタリングおよび検知システムは、設備の故障や潜在的な有害ガスの漏れをリアルタイムで可視化が提供できていません。ARPA-Eはこの課題に取り組むために革新的なソリューションを探していました。

PARCを選ぶべき理由

ノーベルプリンティングとエレクトロニクスでの深い専門技術; エネルギー効率改善へのコミットメント
ノーベルプリンティングテクニックとエレクトロニクスにおける専門技術を活かし、PARCは 安全、インフラストストラクチャー、健康、メンテナンス、および環境など多くのアプリケーションにとってガスをタイムリーかつ高精度でモニタリングする必要性に取り組むための低電力エレクトロニクスとプリンテッドトランスデューサーに基づいた センサーシステム を開発しました。コスト効果が高く、スケーラブルであり、エネルギー効率の高いソリューションを供給することに注力している点で、PARCはARPA-Eにとり理想的なパートナーでした。

ソリューション

PARCのプリンテッドガスセンサー
PARCは、メタンガス漏れ箇所の検知、定量化、そして場所の特定のために複数のガス井に分配できるような低コストソリューションとしてノーベル プリンテッドガスセンサー を提案しました。この情報は、オペレータに設備の故障や危険な状況を可視化されて伝達でき、さらにタイムリーな介入ができるようになります。

PARCのセンサーテクノロジーは、異種のガスと相互作用を生じる改良型CNTs (Carbon Nanotubes = カーボンナノチューブ) のプリンテッドアレイに基づくものです。CNTsの表面にメタンが存在すると、その電気抵抗が変わり、信頼性の高い低電力エレクトロニクスシステム使用してその時点で測定が行われます。センサーは、非常に感度が高く選択能力があり、湿度が高い状況でも (非常に低レベルでの) メタンを他のガスと区別することができます。メタン以外にも、このセンサーはその他の潜在的に有害な一酸化炭素や硫化水素ガス、アンモニアなどを検知するためにも使用可能です。

PARC は、ガス井サイトでガス漏れの原因箇所を探し、分散配備したセンサー情報に基づいてリークレートを定量化するためのマシンラーニングテクニック開発しました。この追加情報によって、リソース配備の優先順位についてオペレーターを支援することができます。

結果

メタンガスの漏れの特定と定量化に成功
PARC の科学者らは、模擬のガス井で最初のフィールドテストを実行し、そこでメタンの漏れの原因箇所を特定しリークレートを定量化することに成功しました。PARCは、また WiFiやセルラー通信、他の技術を介したオフサイトとの通信のためのデータ収集に必要な信号処理とデータ管理方法も開発しました。この適応性によってシステムは容易に様々な異なる使用シナリオへと適応させることが可能です。

*本情報、データ、またはここで紹介された業務は、契約番号DE-AR0000542 にて米国エネルギー省のARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy = エネルギー高等研究計画局) からその資金の一部が供与されました。ここで筆者が述べている見解や意見は、必ずしも米国政府またはその関連機関によるそれらを記述しているもの反映しているものでもありません

ナチュラルガス井でのメタンガス漏れ検知システムを低コストで開発

従来のメタン検知方法は、オンサイトでの人員と光学カメラの使用が必要なため、とくにリモートサイトでは非常にコスト高になり得るものでした。コスト面を除いても伝統的なモニタリングおよび検知システムは、設備の故障や潜在的な有害ガスの漏れをリアルタイムで可視化が提供できていません。ARPA-Eはこの課題に取り組むために革新的なソリューションを探していました。

ノーベルプリンティングとエレクトロニクスでの深い専門技術; エネルギー効率改善へのコミットメント

ノーベルプリンティングテクニックとエレクトロニクスにおける専門技術を活かし、PARCは 安全、インフラストストラクチャー、健康、メンテナンス、および環境など多くのアプリケーションにとってガスをタイムリーかつ高精度でモニタリングする必要性に取り組むための低電力エレクトロニクスとプリンテッドトランスデューサーに基づいた センサーシステム を開発しました。コスト効果が高く、スケーラブルであり、エネルギー効率の高いソリューションを供給することに注力している点で、PARCはARPA-Eにとり理想的なパートナーでした。

PARCのプリンテッドガスセンサー

PARCは、メタンガス漏れ箇所の検知、定量化、そして場所の特定のために複数のガス井に分配できるような低コストソリューションとしてノーベル プリンテッドガスセンサー を提案しました。この情報は、オペレータに設備の故障や危険な状況を可視化されて伝達でき、さらにタイムリーな介入ができるようになります。

PARCのセンサーテクノロジーは、異種のガスと相互作用を生じる改良型CNTs (Carbon Nanotubes = カーボンナノチューブ) のプリンテッドアレイに基づくものです。CNTsの表面にメタンが存在すると、その電気抵抗が変わり、信頼性の高い低電力エレクトロニクスシステム使用してその時点で測定が行われます。センサーは、非常に感度が高く選択能力があり、湿度が高い状況でも (非常に低レベルでの) メタンを他のガスと区別することができます。メタン以外にも、このセンサーはその他の潜在的に有害な一酸化炭素や硫化水素ガス、アンモニアなどを検知するためにも使用可能です。

PARC は、ガス井サイトでガス漏れの原因箇所を探し、分散配備したセンサー情報に基づいてリークレートを定量化するためのマシンラーニングテクニック開発しました。この追加情報によって、リソース配備の優先順位についてオペレーターを支援することができます。

Successful identification and quantification of methane leaks

PARC scientists performed initial field testing at simulated gas wells, where they successfully identified the source of methane leaks and quantified the leak rate. PARC also developed signal processing and data management routines to collect data for communication off-site via WiFi, cellular, or other technologies. This flexibility allows the system to be easily adapted for different usage scenarios.