Лидар помогает газовой промышленности найти утечки метана и избегать дорогостоящих потерь | MIT News

Каждый год энергетическая промышленность США теряет оцененный 3 процента производства природного газа, оцениваемой в 1 миллиард долларов до выручки до протекающей инфраструктуры. Сбежав невидимо в воздух, эти перья метана теперь можно обнаружить, отображать и измерять с использованием специализированного лидара, летавшего на небольших самолетах.

Этот лидар является продуктом Бриджер фотоникаведущая компания, получающая метан, базирующуюся в Бозмане, штат Монтана. MIT Lincoln Laboratory Разработал усилитель оптической мощности LIDAR, ключевой компонент системы, путем продвижения своего существующего оптического волноводного усилителя, связанного с пленками (Scowa) Технология. Вырегистрирующий метановый лидар в 10-50 раз более способен, чем другие воздушные удаленные датчики на рынке.

«Этот датчик, способный к беспилотникам для визуализации метана пионера технология Scowa с заводом Джейсона в Расширенные технологические подразделения и сотрудничал с Photonics Bridger, чтобы обеспечить его коммерческое применение.

Сегодня продукт широко используется, в том числе девять из 10 лучших производителей природного газа в Соединенных Штатах. «Хранение газа в трубе полезно для всех – это помогает компаниям вывести газ на рынок, повышать безопасность и защищать на открытом воздухе», – говорит Пит Роос, основатель и директор по инновациям в Bridger. «Задача с метаном в том, что вы не можете ее увидеть. Мы решили фундаментальную проблему с Lincoln Laboratory».

Лазерный источник “чудо”

В 2014 году Агентство Advanced Research Ageneration-Energy (ARPA-E) искал Экономический и точный способ обнаружения утечек метана. Высоковоспламеняющийся и мощный загрязняющий вещества, метановый газ (основной компонент природного газа) проходит через страну через обширную и сложную трубопроводную сеть. Бриджер представил исследовательское предложение в ответ на звонок ARPA-E и получил финансирование для разработки небольшого, чувствительного воздушного лидара.

Воздушный лидар посылает лазерный свет на землю и измеряет свет, который отражается обратно на датчик. Такой лидар часто используется для получения подробных топографических карт. Идея Бриджера заключалась в том, чтобы объединить топографию с измерениями газа. Метан поглощает свет на инфракрасной длине волны 1,65 микрон. Работа лазера на этой длине волны может позволить лидару ощутить невидимые шлейфы и измерить скорость утечки.

«Этот лазерный источник был одной из самых сложных частей, чтобы получить право. Это ключевой элемент», – говорит Роос. Его команде нуждался в лазерном источнике с конкретными характеристиками, чтобы излучать достаточно сильно на длине волны 1,65 микрон для работы с полезных высот. Роос вспомнил менеджер программы ARPA-E, сказав, что им нужно «чудо», чтобы справиться с этим.

Благодаря взаимным связям Бриджер был введен в лабораторную технологию Линкольна для оптически усиливающихся лазерных сигналов: SCOWA. Когда Бриджер связался с Juodawlkis и Plant, они работали на Scowas в течение десяти лет. Несмотря на то, что они никогда не исследовали Scowas на уровне 1,65 микрон, они думали, что фундаментальная технология может быть расширена для работы на этой длине волны. Lincoln Laboratory получила финансирование ARPA-E для разработки 1,65-микрон SCOWA и предоставления прототипа подразделений для Бриджера для включения в свои газовые лидарные системы.

«Это было чудо, которое нам нужно», – говорит Роос.

Наследие в лазерном инновациях

Лаборатория Линкольна долгое время была лидером в области полупроводниковых лазерных и оптических эмиттеров. В 1962 году лаборатория была среди сначала продемонстрировать Диодный лазер, который в настоящее время является самым распространенным лазером, используемым во всем мире. Несколько вращающихся компаний, таких как Lasertron и Teradiode, коммерциализировались инновации, вытекающие из лабораторных исследований лаборатории, в том числе для применений в области волокон-оптических телекоммуникаций и приложений для вырезания металлов.

В начале 2000-х годов Juodawlkis, Plant и другие в лаборатории признали необходимость в стабильном, мощном и ярком одномодовом оптическом усилителе, который может улучшить лидар и оптическую связь. Они разработали концепцию Scowa (оптическое усилитель оптического волновода), продлив более раннюю работу по оптическим волноводным лазерам, связанным с пленками (ХмурыйПолем Первоначальная SCOWA финансировалась в рамках лаборатории Внутренние технологические инвестиции Portfolio, пул финансирования исследований и разработок, предоставленный заместителем министров обороны для исследований и инженерии для заселения новых технологических идей. Эти идеи часто превращаются в спонсируемые программы или приводят к коммерциализированной технологии.

«Вскоре мы разработали оптический усилитель полупроводника, который был в 10 раз лучше, чем все, что когда -либо было продемонстрировано раньше», – говорит Плант. Как и другие полупроводниковые оптические усилители, Scowa проводит лазерный свет через полупроводниковый материал. Этот процесс увеличивает оптическую мощность, когда лазерный свет взаимодействует с электронами, заставляя их пролить фотоны на той же длине волны, что и входной лазер. Уникальный дизайн SCOWA уникальный свет позволяет ему достичь гораздо более высоких выходных мощностейСоздание мощного и эффективного луча. Они продемонстрировали Scowas на различных длинах волн и применили технологию к проектам для Министерства обороны.

Когда Bridger Photonics обратилась к Lincoln Laboratory, появилось наиболее эффективное применение устройства. Работая итеративно через финансирование ARPA-E и соглашение о совместном исследованиях и разработках (CRADA), команда увеличила лазерную мощность Бриджера более чем на десять раз. Это повышение мощности позволило им расширить диапазон лидара до высот более 1000 футов.

«Lincoln Laboratory узнала о том, что происходит внутри оптического усилителя – они могли бы принять наши вклад, настроить рецепт и создать устройство, которое очень хорошо работало для нас», – говорит Роос.

Газопостановка LiDAR был коммерчески выпущен в 2019 году. В том же году продукт выиграл Награда R & D 100признавая это как революционное продвижение на рынке.

Передача технологии взлетает

Сегодня Соединенные Штаты – мировой крупнейший поставщик природного газастимулирование роста на рынке чувствительности к метанам. Bridger Photonics развертывает свой газовый лидар для клиентов по всей стране, прикрепляя датчик к самолетам и беспилотникам и определяя утечки по всей цепочке поставок, откуда извлекается газ, прокупится через страну и доставлен в предприятия и дома. Клиенты покупают данные из этих сканирований, чтобы эффективно определять местонахождение и ремонт утечек в своей газовой инфраструктуре. В январе 2025 года Агентство по охране окружающей среды обеспечило одобрение регулирующих органов для этой технологии.

По словам Брюса Нимейера, президента Shevron по сланцам и жестким операциям. изменяет игру: «Наша цель проста – сохранить метатан в трубе. Эта технология помогает нам убедиться, что мы делаем это … она может найти утечки, которые в 10 раз меньше, чем другие коммерческие поставщики способны обнаружить».

В Lincoln Laboratory исследователи продолжают вводить новшества в новые устройства в национальных интересах. Scowa является одной из многих технологий в инструментарии лаборатории Microsystems -прототипирование литейного завода, который скоро будет расширен, чтобы включить новый Составной полупроводниковой лаборатория – интеграционная установка микросистем. Правительство, промышленность и академия могут получить доступ к этим средствам с помощью финансируемых правительством проектов, крад, тестовых соглашений и Другие механизмыПолем

В направлении правительства США лаборатория также В поисках партнеров по переводу отрасли Для технологии, которая объединяет Scowa с фотонной интегрированной платформой. Такая платформа может продвигать квантовые вычисления и зондирование, среди других приложений.

«Lincoln Laboratory – это национальный ресурс для технологии оптического излучателя полупроводников», – говорит Юодавлкис.