Smarte Methandrohne: Entwicklung einer semi-autonomen Messdrohne zur Detektion, Lokalisierung und Quantifizierung von Methanleckagen

Kurzbeschreibung

Für die Aufgabe der Detektion und Lokalisierung von Methanleckagen stehen dem Gasspürer "Schnüffelsonden", also in-situ Messgeräte, welche mit dem Gas in Berührung kommen müssen, zur Verfügung. Für die Fernmessung werden infrarot-optische Verfahren eingesetzt. Hier gibt es neben punktuell bzw. kleinflächig messenden, aktiven Einzeldetektoren auch passiv messende, bildgebende Gaskameras. Eine Quantifizierung erlauben diese Geräte nicht bzw. nur mit sehr hohen Messunsicherheiten. Soll quantifiziert werden, ist ein Auffangen und / oder das aktive Ansaugen des entweichenden Gases möglich, was mit erheblichem Aufwand verbunden ist und nicht mit allen Gasmischungen funktioniert. Beim Verbundforschungsprojekt „Entwicklung einer semi-autonomen Messdrohne zur Detektion, Lokalisierung und Quantifizierung von Methanleckagen“ geht es um die Entwicklung einer semi-autonomen Messdrohne für eine kostengünstige Detektion, Lokalisierung und Quantifizierung von Leckagen zur Reduktion umweltschädlichen Methanemissionen. Hierbei stehen insbesondere örtlich überschaubare, aber teilweise schlecht erreichbare Anlagen im Fokus. Dies sind beispielsweise Biogasanlagen, Deponien oder Gasleitungen an Brücken. Diese Anlagen können gut im örtlichen und zeitlichen Rahmen eines Drohnenfluges inspiziert werden, was zusätzliche Potentiale zur Leckageerkennung und -bewertung und somit zum Klimaschutz eröffnet.

Derzeit verfügbare Drohnensysteme sind nicht in der Lage, das Messsystem anhand detektierter CH4-Leckagen zwecks genauer Erfassung dieser auszurichten und die Flugroute in Abhängigkeit erkannter Leckagen automatisch zu optimieren. Somit sind diese nur bedingt einsetzbar. Daher soll in diesem Projekt eine smarte Drohnensteuerung inklusive neuartiger Messungsautomatik entwickelt und untersucht werden. Anhand der detektierten Methanemissionen sollen eine automatische Ausrichtung des Messsystems, sowie die eigenständige Optimierung der Messroute durch die Drohne erfolgen, was folgende wesentliche Vorteile birgt: Durch die Optimierung von Ausrichtung und Flugroute können die Leckagen aus einer optimalen Perspektive (direkte Sicht) inspiziert und quantifiziert werden, was die Genauigkeit der Messergebnisse erhöht. Zudem erlaubt ein smartes System einen wirtschaftlichen Ein-Personen Betrieb. Hierbei spielen insbesondere die räumlichen Gegebenheiten der Anlagen und die durch den Wind beeinflussten Gasfahnen der Leckagen eine entscheidende Rolle. Für die Optimierung und Validierung des Systems müssen daher zunächst Szenarien zur intelligenten Wegführung der Drohne in Labor- und Feldversuchen untersucht werden, um danach technisch in das Gesamtsystem integriert werden zu können.

Bearbeiter

Lars Kistner, M.Sc.

Projektdauer

März 2021 – Mai 2023

Förderung

Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

gefördert durch Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Kooperationspartner

Hermann Sewerin GmbH

Pu­bli­ka­tio­nen zum Pro­jekt

  • L. Kistner, R. Schmoll, and A. Kroll, “An Airborne Measurement System to Detect, Locate and Quantify Methane Emissions,” in Sensor and Measurement Science International Conference (SMSI) 2023, Nürnberg: AMA Verband für Sensorik und Messtechnik e.V., 2023. doi: 10.5162/SMSI2023/P67.
  • L. Kistner, R. Schmoll, and A. Kroll, “An airborne measurement system to detect, locate, and quantify methane emissions with attitude-based wind speed estimation,” Journal of Sensors and Sensor Systems (JSSS), 2023 (submitted)
  • L. Kistner, S. Rosendahl, R. Schmoll, P. Plötter-Saße, C. Supply, and A. Kroll, “Smarte drohnenbasierte Detektion, Lokalisierung und Quantifizierung von Methanemissionen,” Abschlussbericht, Sep. 2023.
  • Projektkennblatt bei der DBU (https://www.dbu.de/projektdatenbank/35407-01/)