Un equipo de investigación de la Universidad de Princeton y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Desarrolló un nuevo sensor que podría permitir la detección práctica, a un bajo costo, de concentraciones bajas de gas metano .
En un artículo publicado en la revista Optics Express , los científicos explican que medir las emisiones y fugas de metano es importante para una variedad de industrias porque el gas puede ser peligroso y, al mismo tiempo, contribuye al calentamiento global y la contaminación del aire.
En operaciones subterráneas, por ejemplo, el metano de la mina de carbón o CMM se libera del carbón y de los estratos rocosos circundantes y puede crear un peligro de explosión. Es por eso que normalmente se elimina a través de sistemas de ventilación.
En las minas abandonadas y de superficie , por otro lado, el metano podría escapar a la atmósfera a través de fisuras naturales u otras fuentes difusas.
Las industrias agrícolas y de desechos también emiten cantidades significativas de metano, mientras que la producción de gas natural se basa en metano de carbón o CBM, lo que significa que la detección de fugas también es fundamental para la industria del petróleo y el gas por razones ambientales y económicas.
En este contexto, el equipo de investigación dirigido por Mark Zondlo en Princeton vio la urgencia de crear un nuevo tipo de sensor. El mecanismo utiliza un dispositivo emisor de luz en cascada entre bandas o 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 longitudes de onda de infrarrojo medio (IR), que se puede utilizar para medir muchos productos químicos.
Aunque se ha demostrado la detección de metano con LED de infrarrojos medios, 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 utilizaron un nuevo ICLED que emite aproximadamente 10 veces más energía que la que habían generado los LED de infrarrojos medios disponibles comercialmente.
La forma en que funciona es una en la que el 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 del sistema, los investigadores hicieron que la luz infrarroja se moviera desde el ICLED de alta potencia a través de una fibra de núcleo hueco de 1 metro de largo que contenía una muestra de aire. El interior de la fibra está recubierto de 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 de última generación basados en láser. El sensor ICLED fue capaz de 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.
“Este nivel de precisión es suficiente para monitorear las emisiones cerca de las fuentes de contaminación por metano”, dijo Nathan Li, primer autor del artículo, en un comunicado de prensa. “Se podría instalar una serie de estos sensores para medir las emisiones de metano en grandes instalaciones, lo que permitiría a los operadores detectar fugas y mitigarlas de manera asequible y rápida”.
Pensando en la asequibilidad
Por asequible, Li quería decir que los sensores basados en ICLED están diseñados para ser producidos en masa.
Esto significa que costarían menos de $ 100 por sensor, mientras que los sensores actuales basados en láser, que son el estándar de oro para la detección de metano, cuestan entre $ 10,000 y $ 100,000 cada uno.
