沿着普拉特维尔以南的28号县公路行驶，随处可见科罗拉多州石油和天然气繁荣的迹象。储罐和井口散布在地平线上。一捆捆的管道放在路边，等着变成管道。钻机隐现在巨大的棕色临时隔音屏障后面，离住宅和企业只有一箭之遥。
这台基础设施是不可能错过的，但是从它泄漏的甲烷可能更难检测到。这就是为什么Greg Rieker和一位同事在丹佛 - 朱尔斯堡盆地中间的寒冷，阳光淋湿的早晨 - 国家的压缩热点之一 - 微调其频率梳激光。
Rieker站在一辆小拖车上，上面停放着这台价值15万美元的设备，他在一片草地上向半英里外的一个井台示意。他说:“我们已经用这个系统定位了大约5平方米的泄漏区域。”“问题的关键在于，当泄漏开始时，要及时发现并确定适当的尺寸，这样我们就可以提醒作业人员出现问题。那里有两万口井。这是一种使用科罗拉多技术的科罗拉多种植的解决方案。”
RIEKER是科罗拉多大学博尔德大学机械工程教授，延长路径技术的首席技术官，这是一个旨在为石油和天然气公司提供具有新方法的石油和天然气公司，用于检测甲烷泄漏的运营。他是越来越多的科学家和企业家，致力于开发和部署新技术，以解决整体化石燃料供应链中甲烷泄漏的不断增长的问题。
在美国，石油和天然气行业的总排放量估计为每年1300万公吨。
在美国，石油和天然气工业的短暂排放估计每年总共有1300万吨，损失收入的20亿美元;在全球范围内，泄漏气体的价值是300亿美元．
甲烷是导致气候变化的一个强有力的因素，在20年的时间里，它捕获的热量是二氧化碳的86倍。迄今为止，甲烷占大气变暖总量的四分之一，但它在大气中只持续了大约十年，这使得减少甲烷排放成为气候行动中一个相对快速的杠杆。
这种气候影响是美国环境保护署在巴拉克奥巴马总统于2016年发出的主要原因，在2016年发布了一项规定的新和改装石油和天然气来源的限制，并要求运营商监测和修复泄漏设备。8月，特朗普的EPA总统宣布了一个替代规则，将丢弃这些要求，有效地释放公司从经常监测和堵塞甲烷泄漏的义务。
BP、埃克森美孚(ExxonMobil)和壳牌(Shell)等石油和天然气巨头反对最近的减产措施，并承诺继续采取自愿措施，减少它们自己的甲烷排放。这些承诺背后隐藏着这样一种担忧:如果不解决这些泄漏问题，将会破坏天然气作为一种“清洁”燃料的行业宣传，并会招致未来更严格的限制。
长径技术公司(LongPath Technologies)的频率梳激光器将激光束发送到油气田，检测气体云并测量泄漏的大小。资料来源:S. Sizemore/LongPath Technologies
一项研究发表在科学据估计，去年美国石油和天然气的甲烷排放总量比环保署的清单高出60%，相当于天然气产量的2.3%泄漏到大气中。业内专家表示，如果企业真的想要阻止这些泄漏，就迫切需要将新的监测技术纳入它们庞大的业务，从井口到管道，从压缩站到存储设施。“展望未来，甲烷排放是天然气行业的致命弱点，”国际能源署(International Energy Agency)执行主任法提赫·比罗尔(Fatih Birol)今年9月在美国石油学会(American Petroleum Institute)的一个论坛上说。
Rieker认为，与当前的行业标准相比，基于激光的系统可以更有效、更经济地捕捉泄漏，该系统需要使用一个价值10万美元的红外摄像机，每年随机扫描几次井垫的阀门、储罐、分离器和压缩机。摄像头检测泄漏的能力高度依赖于天气条件和操作人员的技能;它也只是作为一个快照及时收集数据，并没有指明泄漏的大小。与此同时，Rieker的频率梳激光器连续几周甚至几个月在平原上扫荡，寻找并计算出错误的甲烷分子。
数十名其他企业家也在努力通过制造自主，更便宜，更精确，更好地捕捉大泄漏或以上所有的方法来找到新的方法来发现新的方法。许多这些新型解决方案都是从科罗拉多州东北部的实验室和办公室公园出现的。随着华盛顿从监测甲烷的撤退，国家的前范围已成为甲烷侦探的事实源。
部分原因是国家在该国拥有最艰难的甲烷泄漏法规。（奥巴马 - 时代EPA在科罗拉多州建模了自己的甲烷规则。）2014年通过了这些规则，以解决持续的臭氧污染，挫败丹佛大都市区和国家的其他部分，主要是由于化石燃料生产。甲烷有助于地层臭氧地层，也与其他挥发性有机化合物共同发射，这些有机化合物是臭氧前体。
化石燃料行业需要精确、低维护、自动的系统，可以留在现场，将数据发送到云。
但是还有其他因素也促使研究。密集石油和天然气田，龙门和博尔德等快速增长的住宅区，以及科罗拉多大学（CU）博尔德，国家海洋和大气管理（NOAA）以及国家标准与技术研究所（NIST）已经使这部分科罗拉多州的证明地面和泄漏检测周围创新的温床。
Dirk Richter是Cu的北极和高山研究所的研究科学家，在那里他设计并建立了来自Rieker的校园内的实验室的大气抽样的高精度仪器。他也是Quanta3的创始人，这是他和一位同事在他的车库中发起的初创公司，以开发一个可以提供连续的基于地面的气体泄漏监测的系统。
他说，这个行业想要的是精确、低维护、自动的系统，可以留在现场，悄悄地将数据发送到云，而不需要频繁检查。Rieker的系统是一些诺贝尔物理学奖得主的首次现场应用，而Richter的设备依赖可调谐激光二极管，这种二极管被广泛应用于光纤电缆。这些产品的优点是重量轻、耐用，并经过多年的电信开发证明。
Richter说:“我们致力于为恶劣的环境制造坚固耐用的传感器。”“油气田通常是多风、多尘、炎热或非常寒冷的地方。”当然，另一个重要的制约因素是成本。飞机上的激光光谱仪每台售价25万美元。我们可以提供一个解决方案，每个站点每天的成本为3美元，还不到一杯咖啡的运营成本。”
Quanta3的创始人Dirk Richter(左)正在检查Statoil在德克萨斯州Karnes县的一个井场的甲烷检测系统。图片来源:美国环保基金会约翰·戴维森
美国最大的液化天然气出口商Cheniere能源公司的气候和可持续性主管Fiji George说，如果这些技术成熟，具有商业可行性，像Rieker和Richter这样的持续监测解决方案将是该行业的“圣杯”。
这两家初创公司都与行业合作伙伴进行了现场试验:Rieker的公司LongPath在科罗拉多州和加利福尼亚州进行了现场试验，监测天然气储存设施。Quanta3, Richter的公司，已经与大型化石燃料公司如Equinor(前挪威国家石油公司)和壳牌合作，分别在德克萨斯州和加拿大阿尔伯塔省的Eagle Ford页岩地层测试其系统。(2017年，在整个哈维飓风期间，鹰福特的传感器一直在传输自动更新。)
许多新的检测产品涉及激光吸收光谱的变化 - 一种结合激光源，镜子和探测器的建立技术，以测量气体吸收的光量 - 全部连接到将该信号转化为甲烷浓度的软件数字。斯蒂芬康兰机场毗邻小博尔德机场旁边的办公室运行科学航空。他和一支一小队的飞行员科学家队伍运营了一架小型飞机，为工业和监管机构提供排放监控服务。Conley是一个经验丰富的大气科学家和一位退伍军人飞行员，是第一个检测和衡量在美国南部加州南部峡谷天然气储存设施的最大甲烷泄漏的人。
今年早些时候，Conley推出了一项新服务：安装有轻质激光光谱仪传感器和空气采样罐的无人机，以监测甲烷排放更近的来源。虽然一架飞机安装的系统像他飞上千英尺以上的一架飞机系统，但他说，他的无人机可以发现每小时10公斤的泄漏，他说，可以检测到更小的，每小时下降到10克。科学航空也选择使其设计和软件开源。“我们发表了我们的方法，所以世界上的任何人都可以这样做，”康利说。“我们不只是为了赚钱。我们在这里减少全球甲烷排放。我们相信事业。“
一款装备激光光谱仪传感器和空气采样罐的无人机，由科学航空开发。科学航空
然而，并非所有新解决方案都依赖于激光光谱。总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的球航天，已经开发了一个用于空中，高分辨率掠夺的激光雷达系统。其他一些公司正在追求适应用于检测司机中酒精水平的电化学传感器或手持式气体传感器以嗅出甲烷。
科罗拉多州的大多数创新者在甲烷排放技术评估中心(metc)测试他们的技术，该中心位于柯林斯堡郊区，由美国能源部的能源高级研究计划局(ARPA-E)项目资助。在地面上，metc设施看起来就像28号县道上的钻井地点。但是没有石油或天然气被泵到地面，只有从200个不同的泄漏点小心控制释放的甲烷。由于具有运行高要求、复杂模拟的能力，访问人员必须在同一时间寻找多个小泄漏，metc是该国唯一的同类设施。“我是来给所有事情泼冷水的，”科罗拉多州立大学的研究人员Dan Zimmerle说，他是METEC的负责人。
METEC对Rieker等静止系统和移动系统都进行了测试，包括安装在直升机上的空中系统，以及越来越多的无人机。哈里斯堡大学(Harrisburg University)能源工程助理教授阿尔温德·拉维库马尔(Arvind Ravikumar)说:“你所看到的技术数量和系统范围都出现了爆炸式增长。现场测试研究去年Metec的不同甲烷监测技术。
拉维库马尔说，这种发明的激增“为我们提供了一个巨大的机会，以比以前更低的成本和更快的速度减少排放。”“如果我们要在2050年实现净零排放，我们目前使用化石燃料的做法就不能继续下去。但我们必须强烈考虑如何处理石油和天然气——我们不可能明天就关掉所有这些管道。每减少一吨甲烷和二氧化碳，对长期缓解气候变化挑战是一种优势。”
“任何一种技术都不会解决这个问题，”一个科学家说。“这将是一个涵盖整个供应链的套房。”
然而，行业专家表示，如果没有联邦法规迫使经营者投资，那么这些企业可以增长多少。壳牌，BP，埃克森美孚和其他化石燃料公司在纽约纽约纽约的EPA回滚后发出了一波新闻稿，并在纽约在纽约举行，承诺继续自愿努力减少甲烷排放。但到目前为止，这些承诺尚未转化为新的甲烷泄漏技术的实质性投资。
“基于新闻稿，我应该卖了成千上万的传感器，”里希特说。“他们没有把它归还......对自己的投资。我认为联邦监管仍然是使他们实际做某事的必要手段。当有一个规则时，迫使每个人都做同样的事情 - 这是他们投资的时候。“
如果这项投资得以实现，收益将成倍增加，甚至超过从大气中去除超暖污染物。在美国有近一百万活跃井需要持续的监控,和300000英里的天然气管道号州际公路,更不用说成千上万的压缩机站和100多个液化天然气设施——甲烷检测使用这些新工具可能成为一个重大的经济引擎。
拉维库马尔说:“这些工作可能会发生在德克萨斯州西部、科罗拉多州农村和阿肯色州农村。”“它有可能带来大量的经济活动，承包商定期在那里，以及一整套支持服务，这些地区将需要出现。”
更重要的是，科学家，企业家和行业分析师会看到许多不同的甲烷传感技术的空间，以寻找市场。“这个问题不会通过任何一种技术解决，”Rieker说。“这将是一个涵盖整个供应链的套房。”无人机更好地沿管道嗅探泄漏，而他的激光更适合监测井或存储设施的密集场。“这是我们可以解决的问题，我们都会更好地完成。”
