Världens kontinentalhyllor är fulla av undervattens oljekällor. När de inte längre används, någon måste övervaka dem - men hur? En grupp NTNU-studenter har ett möjligt svar. Kredit:Colourbox
Norges kust är full av mer än tusen oljekällor, de flesta kommer att kopplas när de inte längre är lönsamma. De måste övervakas ifall de läcker — men det är inte lätt att hålla ett öga på dem. Ett nytt företag erbjuder ett annat tillvägagångssätt som kan hjälpa.
Undervattensövervakning innebär många utmaningar, inklusive kommunikation mellan vatten och land. Trådlös kommunikation genom vatten fungerar dåligt över långa avstånd, så dagens alternativ är att kommunicera via kablar. Att placera kablar i havet kan bli mycket dyrt, fastän, så alternativa lösningar är av intresse.
Nu, ett företag som startats av tre doktorander från Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet (NTNU) utvecklar ett nytt tillvägagångssätt som kan hjälpa forskare och företag att skicka och ta emot information från sina undervattensanläggningar. Företaget heter Ocean Access och startades som ett masterprojekt på NTNU School of Entrepreneurship.
"Föreställ dig att en sensor på botten av havet har upptäckt en möjlig gasläcka från ett nedlagt oljefält, men att gasbubblorna verkligen skapades av en fisk. Vi behöver ett system som inte bara kan upptäcka läckor, men det kan också verifiera dem, sa Andreas Mauritzen, en av företagets medgrundare.
Komplicerad kommunikation
Trådlös kommunikation fungerar bra på land, men alla befintliga undervattenslösningar har sina nackdelar. En av de viktigaste utmaningarna är något som kallas bandbredd.
Bandbredden är skillnaden mellan den högsta och den lägsta frekvensen som en signal består av. En signal med stor bandbredd kan innehålla mer information än en signal med mindre bandbredd.
"Du kan skicka signaler trådlöst genom vatten med akustisk kommunikation. Då får du lång räckvidd, men den smala bandbredden är problematisk. Med akustisk kommunikation, du kan skicka en enkel "OK"-signal, men inte större datamängder som foton eller videor. sa Mauritzen.
"Optisk kommunikation är en annan befintlig lösning för att skicka data genom vatten. Där får du stor bandbredd men låg räckvidd, " han sa.
Med andra ord, med dagens teknik, du kan inte skicka större datafiler trådlöst över stora avstånd under vatten. En signal kan skickas mellan vatten och land genom kablar, men det här är dyrt. Dock, genom att överföra informationen med kablar genom vatten och trådlöst genom luft, studenterna hoppas kunna skapa ett effektivt kommunikationssystem.
Möjligheten att skicka större datafiler, som foton och videor, är ett av företagets huvudmål.
Periodisk informationsöverföring
Det nya företagets tillvägagångssätt omfattar två steg. Först, en datainsamlingsenhet frigörs från en installation på havets botten. Den släpar en lång kabel ända upp till ytan.
Denna modell visar en förenklad version av systemet Ocean Access utvecklar. Data kommer att samlas in från denna typ av installation av ett autonomt undervattensfordon (AUV) eller av ett ytfartyg. Kredit:Ocean Access
Sedan, informationen kommer att skickas från havsytan till land genom luften, via satelliter eller 4G.
När jobbet är klart, den lilla enheten kommer att vinschas tillbaka via kabeln till sin undervattensinstallation. Kabeln kommer att dras tillbaka till botten tillsammans med enheten, liknar en omvänd jojo där undervattensinstallationen motsvarar den stötande handen.
Skyddad mot stormar och sjötrafik
Den informationssändande enheten kommer att programmeras att lämna havsbotten med jämna mellanrum, eller närhelst sensorerna registrerar onormalt höga värden. För det mesta, systemet kommer att skyddas på havsbotten och kommer inte att utsättas för stora vågor eller stormigt väder, som den skulle göra om den placerades på ytan permanent. Att bara ta upp den till ytan från sitt havsbottenhem när det behövs, betyder också att den inte kan skadas av fartyg.
På många områden, enheten måste resa flera hundra meter upp för att nå ytan. Eleverna säger att en kabel på 400 meter gör det möjligt för dem att övervaka de flesta tillfälligt övergivna undervattensbrunnarna på den norska kontinentalsockeln. Dock, på lång sikt, grundarna hoppas att deras enhet kommer att kunna arbeta ännu djupare.
"Vid 400 meter under havsytan, vi kommer att nå praktiskt taget alla dessa brunnar i Norge. Men vi har precis börjat, så 400 meter är tillräckligt djupt för tillfället, sa Mauritzen.
Många möjligheter
Mauritzen och hans medgrundare, Fredrik Lilleøkdal och Morten Skogly, föreställa sig flera användningsområden för enheten de utvecklar. En kan vara att övervaka tillfälligt igensatta oljekällor. Eftersom undervattensoljefält som inte längre används kan utveckla läckor, den norska regeringen kräver att företagen håller dem under övervakning. Liknande, tekniken kan användas för att sköta fiskodlingar och, över tid, undervattens kollagringsreservoarer.
En annan potentiell tillämpning är havsforskning. De tre entreprenörerna förutspår mer och mer havsforskning de kommande åren. En enhet som den de utvecklar kan placeras i havet och samla in stora datamängder från samma plats över tid.
På det sättet, det kommer att vara möjligt att övervaka variabler som syrenivåer, pH och temperatur. Det kommer även att vara möjligt att koppla andra typer av sensorer till enheten så att användaren kan mäta vilken parameter de önskar.
Strömförsörjning en utmaning
En av de största utmaningarna som företaget står inför är att förse sin enhet med ström. Det finns inga eluttag på havsbotten, trots allt, och enheten kommer att behöva ström för att samla in och överföra data. Den kommer också att vara stationerad på havsbotten under långa perioder, vilket innebär att strömförsörjningen måste vara hållbar och långvarig.
Tills vidare, systemet är designat för att endast drivas av ett stort batteripaket. Senare, entreprenörerna tror att lösningen är att kombinera batteriet med en förnybar energikälla som kan generera sin egen el. En möjlighet är att använda en kraftgenerator som drivs av havsströmmar.
Många delar av enheten, som kameror och sensorutrustning, kan köpas från externa tillverkare. Dock, eleverna ska själva bygga elgeneratorn. Anledningen till detta är att de redan befintliga enheterna är för stora. Systemet de utvecklar behöver bara förse sig med en liten strömförsörjning, tillräckligt för periodisk datainsamling.
En gigantisk hydroid, Corymorpha hydrozoa (från 1000-1500 m djup), från en udde väster om Andøya, en ö norr om Narvik, i norra Norge. Det finns ett ökande intresse för att utforska havsbotten, och Ocean Access-teamet hoppas att deras teknik kan hjälpa till att utöka denna utforskning. Det här fotot togs i samband med ett stort norskt havsbottenkarteringsprojekt som heter Mareano. Kredit:Mareano / Havsforskningsinstitutet
Upp och nedgångar
De första sex månaderna efter att företaget startades användes enbart för att samla in feedback och råd från olika experter och potentiella kunder. Konceptet justerades och förbättrades kontinuerligt. Skogly beskriver det som att man går åtta steg bakåt för vartannat steg framåt.
Hösten 2019 eleverna upptäckte en nyckelpunkt:deras kunder vill ha en enkel lösning så att risken för oväntade problem minimeras. På samma gång, deras idé började vinna priser. Allt sagt, studenterna och deras idé har vunnit mer än NOK 350 000, eller cirka 35 000 EUR.
Ett av priserna tilldelades dem av energibolaget Equinor och NTNU Energy Transition Initiative. Equinor kan bli en av Ocean Accesss största kunder i framtiden, och deras feedback på projektet har varit ovärderlig. Eleverna träffade till och med Eldar Sætre, president och verkställande direktör för Equinor, vilket ökade deras motivation.
Eleverna använder pengarna de har vunnit för att bygga en prototyp, utveckla grafiska illustrationer av produkten och täcka kostnader relaterade till patentansökningar.
Vägen framför
Entreprenörerna har också andra finansieringskällor i sikte:Norges forskningsråd har en speciell pott med pengar som kan ge så mycket som 1 miljon NOK.
Nyligen, Ocean Access började arbeta med Kongsberg Innovasjon, ett företag som erbjuder gratis expertis och hjälp till ett fåtal utvalda entreprenörer och småföretag.
En produkt det finns en efterfrågan på
Även Haug Larsen, Projektledare och biträdande professor vid NTNU School of Entrepreneurship, säger att det finns goda skäl till att de tre eleverna har kommit så långt som de har.
"Ocean Access har lyckats bra med att förstå vilka problem som ska lösas för vem. De har undersökt olika lösningar på problemet och varit flexibla, " sa han. "För att ett företag ska lyckas, du behöver ett bra team, en bra produkt och en bra marknad. Av dessa tre Jag skulle säga att marknaden är viktigast. Ocean Access skapar en produkt som det finns en efterfrågan på."
Varför är undervattensövervakning så svårt?
