أولاً - مقدمة

مع اتجاه الاحترار العالمي أصبحت أكثر وأكثر خطورة ، والإفراط في انبعاثات غازات الدفيئة أصبح التركيز . العديد من تقارير الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ ( IPCC ) تحذر من أن كمية كبيرة من غازات الدفيئة المنبعثة من الأنشطة البشرية ، مثل ثاني أكسيد الكربون ( CO ₂ ) ، الميثان ( CH ₄ ) ، وأكسيد النيتروز ( Ǹس ) ، وما إلى ذلك ، باستمرار تغيير النظام المناخي للأرض ، مما يؤدي إلى ذوبان الأنهار الجليدية ، وارتفاع مستوى سطح البحر ، وكثرة أحداث المناخ القطبية سلسلة من الأزمات البيئية . في ظل هذه الخلفية ، فإن الهدف من " تحييد الكربون " و " الوصول إلى ذروة الكربون " وضعت على جدول الأعمال في العديد من البلدان والمناطق ، وأصبحت الاستراتيجية الأساسية في الاستجابة العالمية لتغير المناخ . فرضية تحقيق هذه الأهداف هو رصد دقيق ، والتحليل الكمي ، والإدارة الفعالة والسيطرة على انبعاثات غازات الدفيئة . نظام رصد غازات الدفيئة إلى حيز الوجود ، مع التكنولوجيا المتقدمة هيكل وظيفة قوية ، أصبح " مفتاح " لفتح مسار جديد للحد من الكربون بدقة ، ويلعب دورا هاما في الحد من انبعاثات الكربون في مختلف الصناعات .

ثانياً - تكوين نظام رصد غازات الدفيئة ومبادئه التقنية

2-1 تكوين النظام

2-1-1 وحدات أخذ العينات

أخذ العينات وحدة مسؤولة عن جمع عينات من الغاز من رصد البيئة ، وضمان أن عينات تمثيلية . في الغلاف الجوي والرصد البيئي ، في كثير من الأحيان استخدام العينات عالية الارتفاع ، من خلال أخذ العينات المهنية مضخة الهواء في الغلاف الجوي على ارتفاعات مختلفة يتم استخراجها إلى أخذ العينات الأنابيب ، ثم تنتقل إلى وحدة التحليل . في رصد مصادر التلوث الصناعي ، وارتفاع درجة الحرارة المقاومة للتآكل العينات الخاصة التحقيق سيتم تركيبها على مصادر الانبعاثات مثل مدخنة ، منفذ العادم ، الخ .

2-1-2 وحدة التحليل

وحدة التحليل هو جوهر نظام الرصد المستخدمة لقياس تركيز غازات الدفيئة في عينات الغاز بدقة . في الوقت الحاضر ، فإن التيار الرئيسي وتشمل تقنيات التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ، ليزر التحليل الطيفي ، اللوني للغاز ، وهلم جرا . مع مطياف الأشعة تحت الحمراء على سبيل المثال ، جزيئات مختلفة من غازات الدفيئة لديها خصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء في ضوء الطول الموجي محددة ، من خلال الكشف عن مدى امتصاص الغاز إلى الأشعة تحت الحمراء ، باستخدام قانون لامبرت بيل ، تركيز ثاني أكسيد الكربون ، ch ₄ وغيرها من الغازات يمكن حسابها بدقة . التحليل الطيفي بالليزر يستخدم تفاعل الليزر مع جزيئات الغاز لتحقيق حساسية عالية ، وارتفاع القرار قياس غازات الدفيئة .

2-1-3 وحدة معالجة البيانات ونقلها

هذه الوحدة هي المسؤولة عن تجهيز وتخزين ونقل البيانات الخام من تحليل الوحدة . وحدة معالجة البيانات يستخدم خوارزمية معقدة لتنفيذ عملية المعايرة ، والترشيح ، باستثناء قيمة البيانات الأصلية ، وتحسين نوعية البيانات .

2-1-4 وحدات المساعدة

مساعدة وحدة تتألف من نظام إمدادات الطاقة ، ونظام التحكم في درجة الحرارة ، وحماية الغلاف . نظام امدادات الطاقة مستقرة لضمان استمرار تشغيل معدات الرصد ، في الهواء الطلق أو المناطق النائية ، وغالبا ما تستخدم الطاقة الشمسية نظام امدادات الطاقة مع بطاريات لتحقيق الاكتفاء الذاتي من الطاقة . نظام التحكم في درجة الحرارة يمكن أن تضمن الأجزاء الرئيسية مثل تحليل وحدة تعمل في درجة حرارة مناسبة ، وتحسين دقة القياس ومعدات الاستقرار . قوية ودائمة واقية من الغلاف الخارجي للماء والغبار والتآكل وظائف نظام الرصد يمكن أن تتكيف مع مجموعة متنوعة من البيئة الطبيعية والصناعية القاسية .

2-2 المبادئ التقنية

مبدأ امتصاص الأشعة تحت الحمراء

العديد من الغازات المسببة للاحتباس الحراري ، مثل CO ₂ ، الفصل ₄ ، ن ₂ س ، الخ ، لها خصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء قمم . عندما يمر الضوء الأحمر من خلال عينة تحتوي على هذه الغازات ، ضوء الأشعة تحت الحمراء مع طول موجي معين يمتص جزيئات الغاز ، مما أدى إلى انخفاض في شدة الضوء . حسب العلاقة الكمية بين شدة الضوء و تركيز الغاز ، وهذا هو ، لامبرت بيل القانون الأول = أنا ₀ هـ ⁻ ᵑ ( حيث أنا ₀ انتقال شدة الضوء ، أنا ₀ الحادث شدة الضوء ، ك هو معامل الامتصاص ، ب هو طول المسار البصري ، ج هو تركيز الغاز ) ، من خلال قياس شدة الضوء يمكن عكس تركيز الغاز . الأشعة تحت الحمراء محلل الطيف على أساس هذا المبدأ لديها مزايا بنية بسيطة ، والاستجابة السريعة ، عالية الدقة قياس وهلم جرا ، ويستخدم على نطاق واسع في رصد غازات الدفيئة .

2-2-2 تقنيات التحليل الطيفي بالليزر

ليزر الانضباطي الصمام الثنائي ليزر طيف الامتصاص ( tdlas ) و تجويف تعزيز طيف الامتصاص tdlas التكنولوجيا يجعل من استخدام ليزر اشباه الموصلات التي تنبعث منها الليزر الطول الموجي الانضباطي بدقة ، بحيث يمكن أن تتطابق مع طيف امتصاص غازات الدفيئة المستهدفة بدقة . لأن الليزر عالية أحادية اللون ، عالية الاتجاه ، سطوع عالية ، tdlas التكنولوجيا يمكن تحقيق حساسية عالية ، وارتفاع القرار الكشف عن غازات الدفيئة ، ولا سيما انخفاض تركيز الغاز الرصد . من خلال انعكاس الليزر في تجويف انعكاسية عالية عدة مرات ، CEAS التكنولوجيا يمكن أن تزيد إلى حد كبير من مسار الضوء من التفاعل بين الضوء والغاز ، وبالتالي زيادة كبيرة في حساسية الكشف ، ويمكن الكشف عن أثر تركيز غازات الدفيئة .

مبادئ اللوني للغاز

التحليل الكروماتوغرافي للغاز هو حقن عينة من الغاز في العمود الكروماتوجرافى مع مرحلة ثابتة ، مختلف غازات الدفيئة في العمود الكروماتوجرافى لتحقيق الانفصال بسبب اختلاف معامل التقسيم بين مرحلة ثابتة و المرحلة المحمول ( الغاز الناقل ) ، ثم الكشف عن طريق كاشف بدوره . كاشف التأين اللهب ( FID ) يستخدم عادة للكشف عن المواد الهيدروكربونية ، كاشف أسر الإلكترون ( ECD ) يستخدم للكشف عن غازات الدفيئة التي تحتوي على عناصر سالبة كهربية . كروماتوغرافيا الغاز يمكن أن تحمل على دقة الفصل و التحليل الكمي من غازات الدفيئة المختلفة في مجمع الغازات المختلطة ، لديها مزايا عالية الكفاءة فصل عالية الانتقائية ، وما إلى ذلك ، ولكن تحليل دورة طويلة نسبيا ، وعادة ما تستخدم في تحليل دقيق في المختبر أو في المشهد الذي يحتاج إلى رصد عالية الدقة .

تطبيق نظام رصد غازات الدفيئة في مختلف السيناريوهات

3-1 القطاع الصناعي

3-1-1 صناعة الحديد والصلب

في عملية إنتاج الصلب ، من صهر خام الحديد الصلب المتداول ، التي تنطوي على العديد من الروابط مع ارتفاع استهلاك الطاقة وارتفاع الانبعاثات ، هي واحدة من الصناعات الرئيسية في انبعاثات غازات الدفيئة . تطبيق نظام رصد غازات الدفيئة في مصانع الحديد والصلب تركز أساسا على مصادر الانبعاثات مثل فرن الانفجار ، محول ، فرن التدفئة ، الخ . من خلال تركيب معدات الرصد في المداخن ، أنابيب العادم ، في الوقت الحقيقي رصد تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون وغاز الميثان وغيرها من مجموع الانبعاثات .

3-1-2 الصناعة الكيميائية

عملية إنتاج المواد الكيميائية المعقدة ، التي تنطوي على العديد من التفاعلات الكيميائية . نظام الرصد المستخدمة في الصناعة الكيميائية ، ليس فقط لرصد CO ₂ CH ₄ المشتركة ، ولكن أيضا لرصد غازات الدفيئة التي تحتوي على الفلور . مع الفلور الصناعة الكيميائية على سبيل المثال ، من خلال رصد في الوقت الحقيقي من غازات الدفيئة التي تحتوي على الفلور في ورشة عمل منفذ الهواء من المفاعل ، يمكن للشركات العثور على تسرب نقطة في عملية الإنتاج في الوقت المناسب ، واتخاذ تدابير إصلاح المقابلة للحد من انبعاثات غازات الدفيئة القوية . . . . . . . وبالإضافة إلى ذلك ، فإن نظام الرصد جنبا إلى جنب مع عملية كيميائية محاكاة البرمجيات تساعد الشركات على تحسين عملية الإنتاج المعلمات ، والحد من استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الدفيئة .

3-1-3 قطاع الكهرباء

في صناعة الطاقة ، ولا سيما في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم ، والوقود أو الغاز لتوليد الطاقة العملية سوف تنتج كمية كبيرة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون . من ناحية ، نظام رصد غازات الدفيئة هي التي شنت على منفذ المرجل مدخنة من محطة توليد الكهرباء ، والتي يمكن قياس تركيز تدفق CO ₂ بدقة ، وتوفير بيانات دقيقة لحساب انبعاثات الكربون من محطة توليد الكهرباء ، ومساعدة المشاركين في سوق تجارة الكربون . من ناحية أخرى ، من خلال رصد وتحليل البيانات على المدى الطويل من الانبعاثات تحت ظروف تشغيل مختلفة من وحدات توليد الطاقة ، محطة توليد الكهرباء يمكن تحسين استراتيجية التحكم في الاحتراق ، وضبط نسبة الوقود والهواء معامل الفائض ، وما إلى ذلك ، من أجل جعل عملية الاحتراق أكثر اكتمالا ، والحد من انبعاثات CÒكثافة .

3-2 القطاع الزراعي

3-2-1 رصد انبعاثات غازات الدفيئة من الأراضي الزراعية

الأراضي الزراعية هي مصدر هام من مصادر انبعاثات الميثان و النيتروجين . في عملية زراعة الأرز ، التربة اللاهوائية تحت ظروف الفيضانات مواتية methanogenic النشاط ، مما يؤدي إلى كمية كبيرة من انبعاثات الميثان . تطبيق الأسمدة النيتروجينية في الأراضي الزراعية يمكن أن تتحول إلى ن ̀ س في الغلاف الجوي تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة . من خلال إنشاء عدة نقاط رصد المعدات في الأراضي الزراعية ، في الوقت الحقيقي رصد انبعاثات الميثان و النيتروجين في إطار مختلف مراحل نمو المحاصيل والتسميد تدابير الإدارة باستخدام مربع ثابت كروماتوغرافيا الغاز أو في الموقع رصد المعدات على أساس تكنولوجيا الليزر الطيفي . وأشارت النتائج إلى أن استخدام الري المتقطع بدلا من الفيضانات على المدى الطويل يمكن أن تقلل من انبعاثات الميثان بشكل ملحوظ . تحسين استراتيجيات تطبيق الأسمدة النيتروجينية ، مثل بطء الإفراج عن الأسمدة و الأسمدة الدقيقة ، يمكن أن تقلل بشكل فعال من انبعاثات النيتروجين .

3-2-2 رصد انبعاثات غازات الدفيئة من الماشية والدواجن

انبعاثات الميثان من تربية الماشية والدواجن تأتي أساسا من التخمر المعوي و التحلل اللاهوائي من البراز . من خلال تركيب معدات رصد غازات الدفيئة في مزرعة تربية الأحياء المائية على نطاق واسع ، البراز تخزين ومعالجة مرفق ، في الوقت الحقيقي السيطرة على انبعاثات الميثان و ن ̀ س . . .

3-3 مجال البيئة الحضرية

3-3-1 رصد نوعية الهواء في المناطق الحضرية

انبعاثات العادم من السيارات ، غير منظمة من مصادر صناعية و مصادر معيشة السكان في المناطق الحضرية ، مما يجعل من غازات الدفيئة من العوامل الهامة التي تؤثر على نوعية الهواء . شبكة رصد غازات الدفيئة محطة أنشئت في المناطق الحضرية ، جنبا إلى جنب مع سوبر محطة رصد البيئة في الغلاف الجوي ، في الوقت الحقيقي رصد الغازات مثل CO ₂ CH ₄ , ن ₂ س نفذت باستخدام عالية الدقة معدات الرصد . بيانات الرصد لا تستخدم فقط لتقييم نوعية الهواء في المناطق الحضرية ، ولكن أيضا لتحديد مساهمة مختلف مصادر انبعاثات غازات الدفيئة من خلال تحليل المصدر التكنولوجيا .

3-3-2 رصد مكب النفايات ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي

مدافن القمامة ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي هي أهم مصادر انبعاثات الميثان في المدن . في موقع طمر النفايات ، من خلال تركيب أجهزة الاستشعار الغاز وكذلك رصد في موقع طمر النفايات ، المادة المرتشحة مرافق العلاج ، في الوقت الحقيقي رصد تركيز الميثان والانبعاثات التمويه . من خلال الاستفادة من بيانات الرصد ، وتخطيط عملية المقالب بطريقة معقولة ، مثل تغطية المقالب في الوقت المناسب ، وتحسين نظام جمع واستخدام غاز الميثان ، واستخدام غاز الميثان لتوليد الطاقة أو التدفئة ، والحد من انبعاثات الميثان ، وتحقيق إعادة تدوير الطاقة . محطة معالجة مياه الصرف الصحي من خلال وحدة المعالجة اللاهوائية Ch ₄ الرصد ، وتحسين معايير معالجة مياه الصرف الصحي ، وتحسين كفاءة العلاج ، والحد من الفصل ₄ الهروب .

نظام مراقبة غازات الدفيئة يساعد على الحد من الكربون بدقة

4-1 تحديد مصادر انبعاثات الكربون بدقة

نظام رصد غازات الدفيئة يمكن أن تحدد بدقة مصدر انبعاثات غازات الدفيئة من خلال تحديد نقاط الرصد في مختلف المستويات المكانية و انبعاثات مختلفة من الروابط . في عملية الإنتاج المعقدة من المشاريع الصناعية ، في كل خطوة من تجهيز المواد الخام إلى تشكيل المنتج ، ونظام الرصد يمكن التقاط بيانات الانبعاثات في الوقت الحقيقي ، وتحديد إجراءات العمل والمعدات عالية الانبعاثات .

4-2 فعالية التخفيف الكمي

مع مساعدة من بيانات الرصد على المدى الطويل والمستمر من نظام الرصد ، يمكن أن تقلل من تأثير الترتيب بدقة . الشركات أو المناطق التي تعتمد تدابير توفير الطاقة وخفض الانبعاثات ، مثل استبدال المعدات الموفرة للطاقة عالية الكفاءة ، وتحسين عملية الإنتاج ، وتعزيز الطاقة النظيفة ، وما إلى ذلك من خلال مقارنة بيانات انبعاثات غازات الدفيئة قبل وبعد تنفيذ التدابير ، يمكن تقييم فعالية خفض الانبعاثات بصريا .

4-3 تحسين استراتيجيات خفض الانبعاثات

نظام الرصد في الوقت الحقيقي البيانات الديناميكية التي يمكن استخدامها لإنشاء نموذج انبعاثات الكربون والتنبؤ اتجاهات انبعاثات غازات الدفيئة في إطار مختلف استراتيجيات الحد من الانبعاثات . من خلال محاكاة وتحليل مختلف خطط خفض الانبعاثات ، أفضل مزيج من الاستراتيجيات التي تم فرزها .

4-4 ضمانات الامتثال

الشركات والمنظمات تواجه ضغوطا هائلة على الامتثال مع تشديد اللوائح العالمية للحد من انبعاثات الكربون . بيانات دقيقة وموثوق بها من نظام رصد غازات الدفيئة يمكن أن تلبي متطلبات المحاسبة والإبلاغ والتحقق من انبعاثات الكربون ، وضمان أن الشركات تعمل في الامتثال لسياسات مثل تجارة الكربون في السوق ، وجمع ضريبة الكربون ، الخ .

خامساً - اتجاهات تطوير نظم رصد غازات الدفيئة

5-1 الابتكار التكنولوجي لتعزيز دقة الرصد

في المستقبل ، مع تطبيق الليزر تتالي الكم ( QCL ) و التنظير الطيفي ( باس ) في مجال رصد غازات الدفيئة ، دقة وحساسية نظام الرصد سوف تتحسن . qcl التكنولوجيا يمكن أن تنتج مجموعة واسعة من الطول الموجي ليزر عالية الطاقة ، ويمكن تحقيق المزيد من أنواع غازات الدفيئة تتبع الرصد . من خلال الكشف عن الإشارات الصوتية الناتجة عن امتصاص الطاقة الضوئية من الغاز ، نظام تقييم الأداء يمكن أن تحسن كثيرا من حساسية الكشف ، ومن المتوقع أن يحقق دقة قياس تركيز منخفض جدا من غازات الدفيئة في الغلاف الجوي ، وتوفير بيانات أكثر دقة عن تغير المناخ العالمي البحث .

5-2 تعميق الذكاء والأتمتة

مع مساعدة من الذكاء الاصطناعي ( منظمة العفو الدولية ) ، آلة التعلم ( مل ) الخوارزمية ، نظام مراقبة غازات الدفيئة سوف ندرك ذكي معالجة البيانات وتحليلها . منظمة العفو الدولية خوارزمية يمكن التعرف تلقائيا على البيانات غير طبيعي ، والتنبؤ فشل المعدات ، وتحسين استقرار النظام . مل خوارزمية يمكن أن تحمل على عمق التعدين على كمية كبيرة من بيانات الرصد ، وبناء نموذج أكثر دقة من انبعاثات الكربون ، وتحقيق ذكي تتبع مصدر انبعاثات غازات الدفيئة ودينامية التنبؤ . وفي الوقت نفسه ، معدات الرصد الآلي سيتم تحديثها باستمرار ، مع المعايرة التلقائية ، التلقائي أخذ العينات ، التنظيف التلقائي وغيرها من المهام ، والحد من التدخل اليدوي ، والحد من تكاليف التشغيل والصيانة ، وتحسين كفاءة الرصد .

5-3 دمج البيانات المتعددة المصادر والرصد التعاوني

من أجل فهم ديناميات انبعاثات غازات الدفيئة ، نظام الرصد في المستقبل سوف تدمج بيانات اﻻستشعار الساتلي عن بعد ، بيانات الرصد الأرضي ، إنترنت الأشياء بيانات الاستشعار عن بعد وغيرها من مصادر المعلومات . الاستشعار عن بعد بالسواتل يمكن أن توفر مجموعة واسعة من المعلومات العيانية من تركيز غازات الدفيئة في التوزيع ، محطة رصد الأرض يمكن تحقيق دقة قياس نقطة ثابتة ، معدات الإنترنت من الأشياء يمكن أن تجعل الشعور الدقيق في المناطق المحلية مثل المناطق الحضرية والصناعية بارك . من خلال دمج البيانات وتحليل مصادر متعددة ، أكثر شمولا ، ثلاثي الأبعاد شبكة رصد غازات الدفيئة هي التي شيدت من أجل تحقيق الرصد التعاوني والتقييم الشامل من انبعاثات الكربون على مختلف المستويات العالمية والإقليمية والمحلية .

التصغير وقابلية التنمية

مع تطور التكنولوجيا ممس ، معدات رصد غازات الدفيئة سوف تصبح أصغر حجما وأكثر المحمولة . الأجهزة المحمولة الصغيرة يمكن نشرها بسهولة في أكثر تعقيدا من السيناريوهات . وفي الوقت نفسه ، فإنه من المفيد للباحثين لإجراء الرصد الميداني ، والحصول على المزيد من البيانات مباشرة ، وتعزيز رصد غازات الدفيئة من موقع ثابت إلى تنويع توزيع الرصد ، وتوسيع نطاق وعمق رصد التطبيق .

سادساً - الاستنتاجات

باعتبارها واحدة من التكنولوجيات الرئيسية لتحقيق دقة الحد من الكربون ، نظام رصد غازات الدفيئة يلعب دورا لا غنى عنه في رصد وإدارة انبعاثات الكربون في العديد من المجالات مثل الصناعة والزراعة والبيئة الحضرية . من خلال تحديد مصادر انبعاثات الكربون بدقة ، وتحديد فعالية خفض الانبعاثات ، وتحسين استراتيجيات الحد من الانبعاثات وضمان الامتثال ، فإنه يفتح الطريق أمام العالم كله لمواجهة تغير المناخ وتحقيق هدف تحييد الكربون . جنبا إلى جنب مع التقدم المستمر في الابتكار التكنولوجي ، نظام رصد غازات الدفيئة في المستقبل سوف تستمر في تحقيق اختراقات في جوانب تحسين دقة ، ذكي التنمية ، متعدد المصادر دمج البيانات ، صغيرة الحجم وقابلية ، وما إلى ذلك ، من أجل زيادة تعزيز القدرة على رصد ومراقبة انبعاثات غازات الدفيئة ، من أجل حماية البيئة الايكولوجية للأرض ، وتعزيز التنمية المستدامة في المجتمع البشري .