Nuevo sensor allana el camino hacia mediciones sensibles de metano de bajo costo

Los investigadores han desarrollado un nuevo sensor que podría permitir la detección práctica y económica de bajas concentraciones de gas metano. Medir las emisiones y fugas de metano es importante para una variedad de industrias porque el gas contribuye al calentamiento global y la contaminación del aire.

Las industrias agrícola y de desechos emiten cantidades significativas de metano, que también es crítico para la industria del petróleo y el gas por razones ambientales y económicas porque el gas natural se compone principalmente de metano.

Investigadores de la Universidad de Princeton y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. han demostrado su nuevo sensor de gas, que utiliza un dispositivo emisor de luz en cascada entre bandas (ICLED) para detectar concentraciones de metano tan bajas como 0,1 partes por millón. Los ICLED son un nuevo tipo de LED de mayor potencia que emite luz en el infrarrojo medio. Los investigadores esperan que esto eventualmente abra la puerta a mediciones de metano precisas, sensibles y de bajo costo. Los sensores podrían usarse para comprender mejor las emisiones de metano del ganado y las granjas lecheras y permitir un monitoreo más preciso y generalizado de la crisis climática.

Los sensores basados ​​en láser son actualmente el estándar de oro para la detección de metano, pero cuestan entre $10,000 y $100,000 cada uno. Una red de sensores que detecte fugas en un vertedero, una instalación petroquímica, una planta de tratamiento de aguas residuales o una granja sería prohibitivamente costosa de implementar utilizando sensores basados ​​en láser.

Aunque se ha demostrado la detección de metano con LED de IR medio, el rendimiento se ha visto limitado por las bajas intensidades de luz generadas por los dispositivos disponibles. Para mejorar sustancialmente la sensibilidad y desarrollar un sistema práctico para monitorear el metano, los investigadores usaron un nuevo ICLED desarrollado en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.

Los ICLED que desarrollaron emiten aproximadamente diez veces más energía que la que habían generado los LED de IR medio disponibles en el mercado y podrían producirse en masa. Según los investigadores, esto podría habilitar sensores basados ​​en ICLED que cuestan menos de $100 por sensor.

Para medir el metano, el nuevo sensor mide la luz infrarroja transmitida a través del aire limpio sin metano y la compara con la transmisión a través del aire que contiene metano. Para aumentar la sensibilidad, los investigadores enviaron la luz infrarroja del ICLED de alta potencia a través de una fibra de núcleo hueco de un metro de largo que contenía una muestra de aire. El interior de la fibra está recubierto con plata, lo que hace que la luz se refleje en sus superficies a medida que viaja por la fibra hasta el fotodetector en el otro extremo. Esto permite que la luz interactúe con moléculas adicionales de metano en el aire, lo que resulta en una mayor absorción de la luz.

Para probar el nuevo sensor, los investigadores hicieron fluir concentraciones conocidas de metano en la fibra de núcleo hueco y compararon la transmisión infrarroja de las muestras con sensores láser de última generación. El sensor ICLED pudo detectar concentraciones tan bajas como 0,1 partes por millón y mostró una excelente concordancia tanto con los estándares calibrados como con el sensor basado en láser.

Según los investigadores, este nivel de precisión es suficiente para monitorear las emisiones cerca de las fuentes de contaminación por metano. Se podría instalar una matriz de estos sensores para medir las emisiones de metano en grandes instalaciones, lo que permitiría a los operadores detectar fugas y mitigarlas de manera económica y rápida.

Los investigadores planean mejorar el diseño del sensor para que sea práctico para mediciones de campo a largo plazo mediante la investigación de formas de aumentar la estabilidad mecánica de la fibra de núcleo hueco. También estudiarán cómo las condiciones climáticas extremas y los cambios en la temperatura y la humedad ambiental pueden afectar al sistema. Debido a que la mayoría de los gases de efecto invernadero y muchas otras sustancias químicas pueden identificarse mediante el uso de luz IR media, el sensor de metano también podría adaptarse para detectar otros gases importantes.