Mokslų daktaro disertacija „Bepiločių orlaivių sistemų taikymas metano sklaidai sąvartyne stebėti ir modeliuoti“ buvo rengta 2016-2021 m. ir apginta 2021 m. spalio mėnesį. Disertacijos gynimas beveik sutapo su 2021 m. Glazgo klimato konferencija COP26, kurioje daugiau kaip 80 valstybių prisidėjo prie Jungtinių Amerikos valstijų (JAV) ir Europos Sąjungos (ES) pažado iki šio dešimtmečio pabaigos 30 proc. sumažinti išmetamo metano kiekį. Metano dujos, kaip konstatuota Glazgo konferencijoje, yra bene didžiausias blogis, vertinant pasaulinį klimato atšilimą. Pasak Europos Komisijos (EK) prezidentės Ursulos von der Leyen, metano išlakos lėmė apie 30 proc. pasaulio klimato atšilimo nuo XIX a. pramonės revoliucijos.

Paklaustas, kodėl moksliniam darbui pasirinko metaną dr. I. Daugėla sako norėjęs savo turimą matavimo inžinerijos patirtį pritaikyti gamtos mokslų tyrimuose.

„Galiausiai susitelkiau tirti metaną. Nes tai pavojingos – degios ir sprogios dujos“, – kalba I. Daugėla.

Stebėseną apginklavo technologijomis

Apibendrindamas tyrimo rezultatų praktinę reikšmę I. Daugėla pabrėžia, kad sukurtas nuotolinis metano emisijos vietų nustatymo metodas gali būti taikomas praktikoje – uždarytų ir veikiančių sąvartynų stebėsenai vykdyti.

„Paprastai sąvartynuose tikrinami tie patys parinkti taškai porą kartų per metus. Siūlomu metodu tyrimus galima būtų atlikti dažniau, stebint konkrečias sritis ar taškus (nebūtinai iš anksto parinktus), nustatytus nuotoliniu metodu. Sąvartyno teritorijoje parinktuose arba nuotoliniu būdu nustatytuose metano emisijos taškuose dujų kiekį siūloma matuoti sukurtu davikliu, kuris gali būti integruotas į bepilotį orlaivį arba tvirtinamas prie globalinės padėties nustatymo sistemos (GPNS) imtuvo kartelės“, – rašoma disertacijoje.

Be to, taikant bepiločius orlaivius, tyrimų rezultatus galima papildyti vaizdine medžiaga – nuotraukomis, ortofotografiniu ir paviršiaus reljefo modeliais.

Toks ir buvo disertacijos tikslas – kaip, naudojant šiuolaikines technologijas nustatyti galimą metano taršos židinį visoje vietovėje.

Su RGB (raudonos, žalios, mėlynos spalvų spektrų), NIR (infraraudoniesiems spinduliams artimo spektro) ir TIR (šiluminio infraraudonųjų spindulių) jutikliais gaunami sąvartyno ir aplinkos vaizdai metrinėje, pamatuojamoje skaitmeninėje erdvėje.

„Tai yra žymiai objektyviau nei ištyrus, pavyzdžiui, 6 taškus teigti, kad nuotėkio nėra ir galima ramiai miegoti. Mūsų tyrimas leidžia žymiai ramiau miegoti“, – apibendrina mokslininkas.

Dronų nauda: tiksliai, greitai ir pigiai

Kalbėdamas apie savo mokslinį darbą dr. I. Daugėla pasakoja, jau anksčiau supratęs, kad galimybė dronus plačiau taikyti praktikoje yra „ne iš piršto laužta“. 2015 m. VILNIUS TECH matavimo inžinerijos magistras prisidėjo rengiant kartografinę medžiagą Vilniaus vakariniam aplinkkeliui, kuris galutinai baigtas tiesti 2016 m. gruodį. Tam darbui taip pat buvo pasitelkti dronai.

„Prieš pradėdamas doktorantūrą eksperimentavau Lietuvoje su bepiločiais orlaiviais ir jų kartografavimo galimybėmis. Vienas iš bandymų buvo fotografuoti uždarytą Kariotiškių sąvartyną. Vėliau tuos darbus pakartojau po metų ir tuomet tai jau tapo disertacijos eksperimentų dalis“, – pasakoja mokslininkas.

Aiškindamas apie bepiločių orlaivių taikymo privalumus I. Daugėla pasakoja, kad geodezininkai tiria teritoriją kas 15 metrų (tai kraštutinis leidžiamas dydis), o su dronais tiriamas plotas sumažinamas iki 5 cm ar vos 2 cm.

Svarbu ir tai, kad Lietuvoje sudėtinga pasitelkti iš palydovų nesunkiai gaunamą medžiagą, nes pernelyg debesuota, o stebima teritorija matoma pernelyg dideliais blokais.

„Pavyzdžiui, jeigu plyšus mažam maišeliui pasklidusios dujos sudarkė sąvartyno sluoksnį labai mažame taške – to taško iš palydovo nenustatysime. Iš palydovo pažeidimo vieta susilieja su kitais nuotraukos kvadratėliais ir nežinomo dydžio objektai ar reiškiniai nustatomi kelių šimtų metrų ar net kilometrų tikslumu“, – paaiškina I. Daugėla.

Jis pabrėžia, kad dronai, dėl technologinės pažangos, tampa vis lengviau valdomi, o jų renkami duomenys, apjungus jutiklius su orlaiviais į sistemas tam tikram darbui atlikti, gaunami vis lengviau.

„Dronai itin mobilūs, o , pavyzdžiui, gana raiškios ir kokybiškos RGB fotokameros integruojamos į komplektus kainuojančius apie 1000 eurų. Saugiai atliekant skrydžius, kaštai, dažniausiai, prilygsta baterijų įkrovimui“, – kalba mokslininkas.

Ko nemato akis – fiksuoja kameros

Jis pasakoja, kad tyrimų metu buvo svarbu panaudoti hiperspektrines kameras, kurios vaizdą suskaido į labai mažus elementus ir fiksuoja spektrus, kurių paprasta žmogaus akimi negalima matyti.

„Tokioje nuotraukoje gali būti atspindimi įvairūs cheminiai elementai. Pavyzdžiui, nustačius dujų nuotėkį, galima pamatyti spalvą, kuri gali fiksuoti pakankamai didelį metano nuotėkį“, – aiškina I. Daugėla.

Tikslesni tokie tyrimai atliekami tik laboratorijose.

Dar vienas svarbus disertacijos aspektas – išbandyti specialias kameras, naudojamas apskaičiuojant augalų Normalizuoto skirtumo vegetacijos indeksą (NDVI), parodantį ar sėkmingai augalai veši konkrečioje vietoje. Uždarant Kariotiškių sąvartyną – jis buvo apželdintas.

„Su dronu fotografuodami ir  apskaičiuodami NDVI galime nustatyti, kurioje vietoje augalams sekasi, o kurioje – jie auga prasčiau. Yra daugiau išsiskiriančių dujų, kurios trikdo augalų natūralią veiklą. Tačiau, kai kaupiasi metanas – kaupiasi ir kitos dujos, kurios kenkia augalų vystymuisi“, – pastebi VILNIUS TECH mokslininkas.

Geriausia, kai sąvartyno dujos lieka po žeme

Netoli Vilniaus esančiame Kariotiškių sąvartyne būtina nuolat atlikti monitoringą ir bent porą kartų per metus stebėti ar išsiskiriančios dujos neviršija teisės aktais numatytų taršos dydžių.

„Kol kas jokių įtrūkimų ir įlūžimų neradome, sąvartynas uždarytas pagal visus ES reikalavimus ir viskas jam gerai sekasi“, – patikino disertacijos autorius.

Kariotiškių sąvartynas buvo apželdintas ir uždarytas 2008 m., jame per kelis dešimtmečius sukaupta apie 3 mln. tonų atliekų.

Jos išskiria vadinamąjį sąvartyno dujų mišinį, kurio svarbiausios sudedamosios dalys yra CO2 ir metanas. Neskaičiuojant nedidelio kiekio kitų dujų, CO2 ir metano susidaro maždaug po lygiai – pavyzdžiui, kiek mažiau nei po 50 proc.

„Geriausia, kad sąvartynuose mikroorganizmai išskaidytų dujas, kurios susidaro irstant organinėms medžiagoms, daugiausia – maisto atliekoms. Geriausia būtų, kad visos sąvartyno dujos liktų po žeme, o pačiu blogiausiu atveju – kad išsiskirtų tik CO2“, – aiškina I. Daugėla.

Lietuvoje uždarytų sąvartynų yra nemažai, o metano dujas jie išskiria ir tris dešimtmečius po uždarymo. Metano dujų taip pat aptinkama pelkėse, gyvulininkystės ūkiuose.