NIST meningkatkan teknologi untuk memantau emisi metana

Para peneliti di Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) telah memperbarui teknologi yang sangat akurat yang dirancang untuk memantau emisi metana, gas rumah kaca yang penting, dan gas-gas lainnya, bahkan dalam kondisi lapangan yang ekstrem. Mengukur emisi metana dan mengidentifikasi sumbernya merupakan langkah penting menuju pengurangan emisi – yang merupakan tujuan dari inisiatif ini Ikrar Metana Global Perjanjian ini baru-baru ini ditandatangani oleh lebih dari 150 negara pada Konferensi Perubahan Iklim PBB tahun 2023.

Teknologi pemantauan emisi yang dikembangkan NIST memungkinkan tim peneliti memperkirakan emisi metana di area seluas sekitar 855 kilometer persegi (330 mil persegi) di Colorado utara selama dua bulan. Studi tersebut, yang meneliti emisi dari dua sumber utama – pertanian dan produksi minyak dan gas – menghasilkan dua hasil yang tidak terduga. Pertama, emisi metana dari operasi pemberian pakan ternak terkonsentrasi (CAFO) lebih besar dari perkiraan. Kedua, total emisi dari produksi minyak dan gas di wilayah studi tampaknya telah stabil selama beberapa tahun terakhir, meskipun produksinya meningkat.

“Mengumpulkan data seperti ini berguna bagi pembuat kebijakan untuk melihat perubahan emisi dari waktu ke waktu sehingga mereka dapat menyesuaikan peraturannya,” kata Kevin Cosell, peneliti di National Institute of Standards and Technology (NIST) dan salah satu penulis studi tersebut.

Metana memiliki potensi pemanasan global 30 kali lebih besar dibandingkan karbon dioksida dalam 100 tahun. Mengurangi emisi metana secara signifikan dapat membantu mengurangi risiko perubahan iklim. Namun untuk mengelola emisi metana, Anda perlu mengukurnya, yang mana hal ini menimbulkan banyak tantangan teknis.

Metode tradisional untuk melacak emisi metana didasarkan pada aktivitas ekonomi. Misalnya, seseorang dapat menghitung emisi dari operasi CAFO dengan mengalikan jumlah hewan di sana dengan perkiraan jumlah metana yang dikeluarkan setiap hewan. Sebaliknya, metode NIST memperkirakan emisi dengan mengukur secara langsung perubahan metana dan gas lain di atmosfer.

Pengukuran emisi yang akurat menggunakan spektroskopi

Pengaturan NIST menggunakan sisir frekuensi, jenis laser khusus dengan berbagai warna atau panjang gelombang, untuk mengukur konsentrasi gas di sepanjang jalur di udara. Metana dan gas lainnya akan menyerap panjang gelombang tertentu dari cahaya tersebut, yang kemudian kembali ke pengaturannya setelah dipantulkan dari cermin difus terdekat. Sisir frekuensi kedua secara tepat mengukur jumlah cahaya yang diserap pada panjang gelombang tersebut untuk menentukan konsentrasi gas-gas tersebut dan membantu menentukan jenis sumber yang menghasilkan emisi.

Versi sebelumnya dari spektrometer sisir frekuensi ini telah digunakan selama bertahun-tahun, namun versi terbaru memiliki fitur peningkatan daya, portabilitas, dan kemampuan beradaptasi terhadap beragam iklim.

“Kami memiliki versi awal dari sistem ini yang kami bawa ke lapangan, namun jika Anda melihat datanya, ada banyak waktu henti ketika sistem tidak berfungsi,” kata Cosell. “Kami membangun kembali sistem agar suhu lebih stabil dan meningkatkan proses pengumpulan data.”

Griffin Mead, peneliti di NIST dan salah satu penulis makalah ini, menyoroti ketahanan sistem dalam kondisi ekstrem, dibandingkan dengan keterbatasan versi sebelumnya. “Kami tidak akan melakukan pengukuran ini pada musim semi atau musim gugur saat cuaca bagus,” kata Mead. “Saat itu musim dingin di Colorado; di luar turun salju, hujan, hujan es, dan suhu negatif. Namun sistem baru ini berfungsi dengan baik dalam cuaca ekstrem seperti ini, sedangkan versi sebelumnya tidak dapat berfungsi dalam kondisi seperti itu.”

Inti dari sistem ini, sisir frekuensi yang terbuat dari laser serat yang digunakan dalam industri komunikasi, sudah tersedia secara komersial, sehingga membuka pintu bagi perusahaan dan laboratorium untuk mereplikasi sistem ini secara nasional.

Selain metana

Sistem baru ini tidak hanya mengukur metana, tetapi juga gas lain termasuk etana dan amonia. Dengan mengukur dan menganalisis korelasi antara beberapa gas pada saat yang sama, penelitian ini bertujuan untuk membedakan kontribusi dari sektor minyak dan gas serta pertanian, yang kemudian digunakan untuk meningkatkan perkiraan emisi. Hal ini dapat memberikan pemahaman yang lebih komprehensif tentang sumber dan dampak polutan tersebut.

Masa depan pemantauan emisi tampak cerah, karena Meade dan Cosell berencana mengukur gas lain, seperti emisi dinitrogen oksida dari instalasi pengolahan air limbah. “Tujuan kami adalah untuk lebih meningkatkan sensitivitas dan akurasi sistem serta memperluas cakupan penelitian kami. Kami akan melakukan penelitian di dekat Salt Lake City selama beberapa tahun ke depan, yang akan memberikan beberapa perbedaan regional,” kata Cosell.

Ketika komunitas global semakin fokus pada pengurangan gas metana, teknologi ini dapat memainkan peran penting dalam menyediakan informasi yang akurat dan dapat ditindaklanjuti bagi para ilmuwan, pemimpin industri, dan pembuat kebijakan.

Makalah: Griffin J. Mead, Daniel I. Hermann, Fabrizio R. Giorgetta, Nathan A. Malarich, Esther Bowman, Brian R. Washburn, Nathan R. Newbury, Ian Coddington dan Kevin C. Kosel. Segmentasi dan optimalisasi emisi metana sektor pertanian dan energi menggunakan pengukuran jejak gas multi-bulan di Colorado utara. Surat Penelitian Geofisika. Diterbitkan online 9 Januari 2024. DOI: 10.1029/2023GL105973