02/06/2023
Door Ad Spijkers
Duitse en Nederlandse start-ups ontwikkelen gezamenlijk een gaslekdetector op een robot die (explosie)gevaarlijke omgevingen verkent.
ExRobotics in Delft en Energy Robotics in Darmstadt ontwikkelen gezamenlijk een nieuwe modulaire gaslekdetectorsensor op basis van sound mapping technologie. De sensor wordt geïnstalleerd op een autonome robot en moet op betrouwbare wijze lekkagelocaties detecteren en lokaliseren. Het resultaat moet functioneren in explosieve atmosferen, zoals die in de chemie en olie- en gasindustrie. De sensor moet helpen de de werkomstandigheden verbeteren, explosierisico's te minimaliseren en vluchtige emissies te verminderen.
Maatregelen nodig
Genoemde atmosferen kunnen gevaarlijk zijn en vatbaar voor het risico van gaslekkages. Gassen in deze omgevingen kunnen variëren van explosieve gassen die lichter zijn dan lucht (zoals methaan en waterstof) tot dodelijke gassen die zwaarder zijn dan lucht, zoals waterstofsulfide. Lekkages in deze omgevingen leiden tot blootstelling van personeel op locatie aan gezondheidsproblemen of explosiegevaar. Belangrijk is dat gaslekken bijdragen aan de uitstoot van broeikasgassen.
Het Internationaal Energieagentschap schat dat de olie- en gassector in 2020 verantwoordelijk was voor ongeveer 70 Mt aan methaanemissies. Dat is wat meer is dan 5% van de wereldwijde aan energie gerelateerde broeikasgasemissies. Over een periode van twintig jaar is de opwarmingscapaciteit van methaan meer dan 80 keer groter dan die van CO2. Daarmee levert deze stof een belangrijke bijdrage aan de opwarming van de aarde. De olie- en gassector is een van de grootste door de mens veroorzaakte uitstoters van methaan, goed voor ongeveer een kwart van de totale uitstoot.
Een opleving van de productie van fossiele brandstoffen heeft er voor gezorgd dat de wereldwijde methaanemissies van olie- en gasactiviteiten in 2021 met 5% zijn gestegen. Er is actie nodig om de stijging van de methaanemissies te beteugelen.
Huidige oplossingen
De huidige lekkagedetectiesensoren kunnen alleen concentratieniveaus detecteren zonder de leklocatie te bepalen (zoals in het geval van elektrochemische sensoren). Of ze zijn onbetaalbaar en kunnen gaslekken visualiseren, maar alleen met zogenaamde hete werkvergunningen voor gebruik in explosieve atmosferen (zoals in het geval van warmtebeeldcamera's).
Autonome robots kunnen regelmatige inspectierondes uitvoeren en menselijke werknemers uit de gevarenzone halen in deze gevaarlijke en potentieel explosieve omgevingen. Het integreren van deze sensoren in robots brengt echter nieuwe uitdagingen met zich mee. Dit komt door de inherente onverenigbaarheid van elektronische apparatuur met explosieve atmosferen. Robot- en sensortechnologieën moeten worden gecertificeerd op basis van goed omkaderde technische normen (zoals EU ATEX en internationale IECEx) voor gebruik in deze omgevingen.
Het behalen van een dergelijke certificering voor een mobiele inspectierobot en zijn sensorpayload vereist een hoog niveau van technische expertise en uitgebreid onderzoek. Beide bedrijven hebben met meer dan vijftig Ex-gecertificeerde robots de kennis om deze uitdagingen aan te gaan. Ze willen een nieuwe betaalbare oplossing ontwikkelen die niet alleen de locatie van lekkage detecteert en lokaliseert. Ze moet ook voldoen aan de technische vereisten voor certificering om te werken in explosieve atmosferen.
Sound mapping (GLAD)
De twee bedrijven zullen hun toonaangevende industriële en technische expertise combineren om een gaslekdetector te ontwikkelen door middel van sound mapping. Dit omvat een reeks microfoons die ultrasone gegevens vastleggen die worden uitgezonden door gaslekken onder druk. De detector verwerkt de data tot een visuele kaart waarmee de gebruiker de lekkagebron en –locatie kan identificeren.
Sound mapping gebeurt met akoestische camera's, die oorspronkelijk zijn ontwikkeld door Sorama in Eindhoven. In GLAD werken ExRobotics en Energy Robotics samen met Sorama als geassocieerde partner om deze technologie verder te ontwikkelen. Het doel is het gebruik in explosieve atmosferen en voor geautomatiseerde mobiele operaties die nodig zijn voor robotintegratie.
Energy Robotics zal de besturings- en analysesoftware voor sensor- en robotintelligentie en bediening ontwikkelen. ExRobotics neemt de de Ex-certificeerbare hardware-modules voor zijn rekening. Het resultaat van het project zal een robotdemonstratie zijn van nieuwe robotlekdetectiefunctionaliteiten in een omgeving met een explosieve atmosfeer.
Impact
De nieuwe modulaire gasleksensor en software die via het GLAD-project worden ontwikkeld, zullen de kosten voor het lokaliseren van gaslekken in explosieve atmosferen drastisch verlagen. Volgens de ontwikkelaars zijn die 20-30% lager dan die van het enige beschikbare en capabele alternatief, warmtebeeldcamera's. GLAD zal niet alleen de lokalisatie van gaslekken kosteneffectief maken, maar het draagt ook bij aan drie Sustainable Development Goals (SDG's) van de Verenigde Naties. De belangrijkste hiervan is SDG 13: dringend actie ondernemen om klimaatverandering en de gevolgen ervan te bestrijden.
Behalve bij het vroegtijdig opsporen van lekkages en het verlagen van emissies in onder andere de chemische maakindustrie en olie en gas, zal de nieuwe technologie een grote rol gaan spelen in de groene waterstofmarkt. De overgang naar waterstof is cruciaal voor energieonafhankelijkheid en voor de vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen over de hele wereld.
Deze transitie brengt een toename van waterstofopslagfaciliteiten met zich mee, waarbij snelle detectie van lekken uit veiligheidsoverwegingen van groot belang is. Zo kan GLAD niet alleen het verschil maken voor de huidige, maar ook voor de toekomstige activiteiten gericht op het behalen van SDG 13.
Foto: Ex Robotics