В сотрудничестве с экспертами НОЦ мирового уровня “Енисейская Сибирь” ученые Сибирского федерального университета (СФУ) разрабатывают новый высокочувствительный автоматический метод для обнаружения минимальных количеств токсичных газов в воздухе, включая метан. Для дистанционного измерения концентраций углеводородов в приземном слое атмосферы ученые намерены использовать принцип резонансного лазерного поглощения.
Такие устройства будут применяться в городской и промышленной среде, сельскохозяйственных угодьях, а также в лесных экосистемах и на болотах. Организованный с их помощью мониторинг позволит оперативно выявлять источники загрязнения на промышленных предприятиях, определять наличие утечек из нефте- и газопроводов, а также находить несанкционированные свалки и начинающиеся пожары.
Эти устройства помогут решить проблему автоматизации процессов селективного и комплексного исследования состава атмосферы в процессе экологического мониторинга. В мегаполисах наблюдение за концентрацией и эмиссией метана очень важно, потому что отравление этим газом может привести к остановке дыхания и сердца у человека, вызывая смерть.
Метан, следующий по распространенности среди парниковых газов после диоксида углерода, участвует в процессе формирования озоновых дыр и приводит к ситуации режима “черного неба” в мегаполисах. Руководитель исследования, доцент базовой кафедры фотоники и лазерных технологий Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Алексей Ципотан отметил, что создание Глобальной инициативы по метану (Global Methane Initiative, GMI) отражает стремление международного сообщества проводить консолидированную политику по сокращению общемирового объема выбросов метана.
– Одновременно инициируются мероприятия по сбору и утилизации метана как источника экологически чистой энергии, – добавил он. – Если метан грамотно утилизировать, это может притормозить распространение парникового эффекта.
В основу разрабатываемого модифицированного дифференциального метода дистанционного зондирования метана ученые заложили эффект селективного взаимодействия молекул метана с лазерным излучением.
– Мы считаем, что разработка технических решений для активного зондирования приземного слоя в селективном диапазоне длин волн, основанных на принципе резонансного лазерного поглощения, а также последующая цифровая обработка сигнала и распределенная обработка больших данных позволит очень точно определять концентрацию метана в атмосфере, – рассказал Ципотан.
Проект, который рассчитан на два года, находится на стадии разработки методологии для определения концентрации токсичных газов в атмосфере. В дальнейшем, говорят ученые, будет создана полноценная система экологического мониторинга, которую можно интегрировать в существующие программы Министерства экологии и рационального природопользования РФ.
Главными преимуществами нового метода являются скорость и высокая точность нахождения местоположения выходов на земную поверхность метаносодержащих веществ. Кроме того, данный экспресс-метод не будет зависеть от человеческого фактора, являясь полностью автоматическим и дистанционным.
Полевые испытания будут проводиться в условиях города (в Красноярске), на сельхозугодьях Красноярского края и в научной станции ZOTTO вблизи села Зотино Красноярского края, предназначенной для мониторинга парниковых газов в приземных слоях атмосферы сибирских лесов. Создание комплекса оптической спектральной аппаратуры для дистанционного измерения концентраций предельных углеводородов в атмосфере будет одним из ключевых этапов работы ученых.