В МФТИ разработали многоканальный гетеродинный спектрорадиометр для дистанционного зондирования парниковых газов. В последние годы проблема антропогенного воздействия на климат перешла из научной плоскости в экономическую и внешнеполитическую. В среду, 14 июля, Еврокомиссия опубликовала первые официальные предложения по введению в ЕС трансграничного углеродного регулирования. С 2023 года в Евросоюзе планируют ввести углеродный налог, и технологии, позволяющие осуществлять прецизионные измерения концентрации и потоков парниковых газов, необходимых России для определения углеродного баланса на макрорегиональном уровне. Статья о разработке опубликована в журнале Remote Sensing.
Согласно данным ООН, последнее десятилетие было самым теплым в истории человечества. Евросоюз активно реализует стратегию декарбонизации своей экономики. Страны берут на себя обязательства по обеспечению нулевого баланса выбросов к середине текущего столетия. Россия тоже включилась в процесс перехода на новые производства с существенным уменьшением участия углерода в любых формах. С 2023 года в Евросоюзе планируют ввести углеродный налог. Россия являемся крупнейшим в мире экспортером углеводородов, с одной стороны, а с другой — на ее территории находятся крупнейшие в мире природные и климатические ресурсы.
Александр Родин, исполнительный директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ, поясняет: «Мы достаточно хорошо знаем сколько углерода выбрасывают промышленные предприятия. Техногенный углеродный след можно посчитать и оценить довольно точно. А вот поглощение, или, как говорят специалисты, депонирование углерода различными природными ландшафтами — процесс достаточно малоизученный, поскольку природные биохимические циклы не в пример сложнее того, чем пока владеет человечество».
Природные ландшафты очень разнообразны, и, в зависимости от состояния, могут либо поглощать, либо эмитировать, то есть выделять углерод. Эти неопределенности и позволяют геополитическим партнерам ставить Россию в невыгодное положение. Так, из международной отчетности следует, что лес в Финляндии является поглотителем углерода, а точно такой же лес в Карелии — уже эмитентом. Спрашивается, почему? Для того, чтобы иметь доказательную базу и объективные оценки поглотительной или, наоборот, эмитирующей способности различных природных сред, России необходимо срочно наращивать научную экспертизу в этой сфере.
Мониторинг парниковых газов требует очень высокой точности. Немногие типы приборов с этой задачей справляются. В лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ создали прибор с уникальными характеристиками.
Александр Родин добавляет: «Наш многоканальный гетеродинный спектрометр — это один из примеров, когда небольшой команде удалось существенно обогнать мировой уровень. Ближайшие конкуренты в NASA отстают от нас в этих разработках на несколько лет. На сегодня измерения такого класса с разрешающей способностью 108, то есть сто миллионов, в ближнем инфракрасном диапазоне, кроме нас, никто пока не делает».
Фото. Многоканальный гетеродинный спектрорадиометр. © Родин Александр
Уникальные характеристики позволяют измерять концентрации атмосферных примесей, в том числе парниковых газов, с высокой точностью. На сегодняшний день в Центре мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ разработан прибор в полевом исполнении. Сейчас, когда в стране создаются карбоновые полигоны, появилась потребность в такой аппаратуре. Прибор интересен еще и тем, что, несмотря на свои уникальные характеристики, прост в эксплуатации и достаточно дешев. Это как раз тот случай, когда справедлива поговорка «голь на выдумку хитра».
Александр Родин резюмирует: «Мы ведем переговоры на эту тему, и я очень надеюсь что наше оборудование и технологии будут там задействованы. Сегодня от прецизионной измерительной аппаратуры требуется очень высокая точность. Вся аппаратура, используемая сейчас в данной области, имеет импортное происхождение, наша промышленность ничего подобного не выпускает. Но даже от очень передовой разработки до прибора, который бы не просто применялся, а которому бы поверили на международном уровне, большой путь. Надо провести сертификацию, взаимные калибровки, получить международное признание. Все это — очень серьезная работа, которой мы сейчас занимаемся».
Многоканальный лазерный гетеродинный спектрорадиометр разрабатывается и в космическом исполнении. Помимо мониторинга углекислого газа, самого важного парникового газа, необходимо точно измерять концентрацию тропосферного метана и стратосферного водяного пара. Прибор способен одновременно измерять вертикальные профили CO2, H2O, СH4 и O2, а также осуществлять прямые доплеровские измерения скоростей ветра в диапазоне высот от 5 до 50 км.
Лаборатория прикладной инфракрасной спектроскопии разрабатывает гетеродинные спектрометры сверхвысокого разрешения практически с момента своего создания в 2011 году. Научно-технический центр мониторинга окружающей среды и экологии, включающий три лаборатории и один отдел, разрабатывает интегрированные программно-аппаратные комплексы мониторинга в интересах Минприроды России, других ведомств и госкорпораций, а также коммерческих заказчиков.
