Überwachungssysteme für Treibhausgase und gelöste Gase

Technologien zur Überwachung von Treibhausgasen ermöglichen die präzise Messung von Gasen wie Kohlendioxid, Methan und Lachgas in gelöster und gasförmiger Form und liefern wichtige Daten für die Modellierung des Kohlenstoffkreislaufs, die Verfolgung von Umweltverschmutzungen und die Umweltbewertung. Diese Sensoren sind in Unterwasser-Engineering-Plattformen integriert und unterstützen die Echtzeitanalyse von Gaskonzentrationen in verschiedenen Meeresumgebungen.
Übersicht über die Überwachung von Treibhausgasen im Meer

SEAEXPLORER 1000 von ALSEAMAR

Die Überwachung von Treibhausgasen in Meeres- und Unterwasserumgebungen erfordert den Einsatz fortschrittlicher Sensorsysteme, die unter hohem Druck, variablem Salzgehalt und schlechten Lichtverhältnissen funktionieren. Diese Technologien dienen zur Messung gelöster und freier Gase in Meerwasser und Sedimentschichten und liefern Erkenntnisse über biogeochemische Prozesse und anthropogene Einflüsse.

Die Systeme basieren häufig auf elektrochemischen, infraroten (IR) oder nichtdispersiven infraroten (NDIR) Detektionsprinzipien und sind speziell für Forschungsschiffe, Verankerungen, autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs) konfiguriert. Modulare Sensorgehäuse und optische Zellen gewährleisten langfristige Zuverlässigkeit, während Kalibriereinheiten die Genauigkeit bei längeren Einsätzen aufrechterhalten.

Anwendungen und Anwendungsfälle für die Überwachung von Treibhausgasen

Meereswissenschaften

Die Überwachung von Treibhausgasen unterstützt globale Forschungsprogramme, die sich mit der Kohlenstoffaufnahme der Ozeane, Methanflüssen und dem Gasaustausch in der Wassersäule befassen. Sensoren für gelöstes CO₂ sind für die Untersuchung von Versauerungstrends und der Kohlenstoffbindung in marinen Ökosystemen unerlässlich. Ozeanografische Forschungsschiffe verwenden diese Instrumente, um die CO₂-Variabilität zu kartieren und regionale Beiträge zu den globalen Treibhausgasinventaren zu bewerten.
Industrielle und Umweltüberwachung
Im Offshore-Energiebereich und bei Unterwasserinfrastrukturprojekten erkennen Gassensoren Emissionen und Lecks aus Pipelines, Unterwasserbohrlöchern und Industrieanlagen. Die Echtzeitüberwachung von CO₂ und CH₄ verbessert die Einhaltung von Umweltvorschriften und die Sicherheit und unterstützt gleichzeitig die Optimierung industrieller Prozesse. Aquakultur-Überwachungssysteme integrieren Sensoren für gelöste Gase, um die Sauerstoffversorgung zu steuern und schädliche Emissionen zu erkennen, die sich auf Wasserlebewesen und die Wasserqualität auswirken.

OceanXpert-Treibhausgasüberwachungssystem von SubCtech

Anwendungen im Bereich Verteidigung und Sicherheit

Verteidigungsprogramme nutzen Unterwasser-Treibhausgasüberwachungssysteme, um Umweltbasiswerte zu ermitteln, industrielle Einleitungen zu erkennen und die Unterwasserüberwachung zu unterstützen. Gasdetektionssensoren sind in autonome Plattformen für die Fernaufklärung der Umwelt integriert und unterstützen Verteidigungsbehörden dabei, die ökologischen Auswirkungen von Operationen zu verwalten und die Lage in sensiblen Meeresregionen zu überwachen.

Arten von Treibhausgassensoren

• Sensoren für gelöstes CO₂ – Messen die Kohlendioxidkonzentration im Meerwasser mithilfe optischer oder elektrochemischer Detektionsmethoden.
• Methan-Sensoren – Erkennen gelöstes und freies Methangas zur Flussmessung und Lecksuche in Unterwasserumgebungen.

Elektrochemische Gassensoren – Kompakte Designs für die Integration in Multiparametersonden und Umweltüberwachungspakete.

• NDIR-CO₂-Sensoren – Nichtdispersive Infrarotdetektoren, die hochgenaue Messungen bei minimalem Wartungsaufwand ermöglichen.
• Optische Gassensoren – Nutzen Infrarotabsorption durch optische Fenster und Zellen, um CO₂ und CH₄ mit hoher Stabilität zu quantifizieren.

Diese Sensoren verfügen häufig über Datenlogger, Druck- und Temperatursensoren sowie Telemetriesysteme für die Fernerfassung und -übertragung von Daten an land- oder schiffsgestützte Plattformen.

Wichtige Komponenten und unterstützende Systeme

Eine vollständige Lösung zur Überwachung von Treibhausgasen in der Schifffahrt umfasst in der Regel:

• Sensorköpfe und Gehäuse: Druckfeste Gehäuse für den langfristigen Einsatz unter Wasser
• Datenlogger und Telemetriesysteme: Für die Echtzeit-Datenübertragung und Archivierung
• Stromversorgungsmodule und Steuerungen: Für eine stabile Energieversorgung der Unterwassersensoren und Analysegeräte.
  Kalibriereinheiten: Gewährleisten die Messgenauigkeit unter wechselnden Druck- und Temperaturbedingungen.

• Durchflussregelung und optische Systeme: Verwalten die Belichtung der Proben durch die Sensoren für konsistente Messwerte
• Unterwasserstecker und -schnittstellen: Ermöglichen die Integration mit AUV-, ROV- oder festen Beobachtungsnetzwerken.

Vergleiche und Technologieauswahl
Die Auswahl des geeigneten Überwachungssystems hängt von den Zielgasen, der Tauchtiefe und der Anwendung ab.

OceanPack™ BUOY pCO2-Analysator von SubCtech zur Überwachung von Treibhausgasen

• Infrarotsensoren bieten eine hohe Genauigkeit bei der CO₂- und CH₄-Erkennung, erfordern jedoch eine optische Reinigung und Kalibrierung.
• Elektrochemische Systeme sind kostengünstig und kompakt und eignen sich für Multiparameter-Sonden in flachen Einsatzbereichen.
• NDIR-Analysatoren bieten Laborpräzision für den langfristigen Einsatz in Observatorien.

Die Integration in bestehende Meeresbeobachtungssysteme verbessert die Datenkontinuität und unterstützt die interdisziplinäre Klima- und Umweltanalyse.

Standards und Kalibrierungsverfahren

Systeme zur Überwachung von Treibhausgasen im Meer entsprechen häufig internationalen und regionalen Standards, um die Konsistenz und Interoperabilität der Daten zu gewährleisten:

• ISO 25197: Elektronische Geräte für die Datenkommunikation auf See
• IEC 60529: Schutzarten (IP-Codes) für Unterwasserelektronik
• ASTM D1945 / D1946: Standardverfahren für die Gasanalyse
• OCEANS/GOOS-Protokolle: Bewährte Verfahren für die Qualität und Kalibrierung von Meeresbeobachtungsdaten

Regelmäßige Kalibrierung mit zertifizierten Gasgemischen oder integrierten Kalibriereinheiten gewährleistet die Genauigkeit unter dynamischen Umgebungsbedingungen.
Integration in Meeresbeobachtungssysteme
Die moderne ozeanografische Forschung stützt sich auf vernetzte Messknoten, die Treibhausgasdaten über kabelgebundene Observatorien, Telemetriebojen und autonome Plattformen übertragen. Diese Systeme tragen zu langfristigen Datensätzen bei, die Klimamodellierung, Kohlenstoffflussanalyse und Ökosystemmanagement unterstützen. Die Integration mit Temperatur-, Druck- und Salzgehaltssensoren (CTD) verbessert das kontextuelle Verständnis von Gaskonzentrationstrends und deren Korrelation mit der Ozeandynamik.
Zukünftige Trends
Fortschritte in den Bereichen Miniaturisierung, Energieeffizienz und Sensorempfindlichkeit ermöglichen eine umfassendere und längerfristige Überwachung von Treibhausgasen in allen Ozeanbecken. Maschinelles Lernen und Edge-Computing ermöglichen nun die Datenanalyse vor Ort, wodurch Latenzzeiten reduziert und Entscheidungsprozesse für Umwelt- und Industriebetriebe verbessert werden. Verbesserte optische Materialien, gasdurchlässige Membranen und Unterwasser-Kommunikationsschnittstellen erweitern weiterhin die Fähigkeiten von marinen Gasdetektionsnetzwerken.