Un equipo de investigación de la Universidad de Princeton y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. desarrollaron un nuevo sensor que podría permitir la detección práctica y económica de bajas concentraciones 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 a 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 las minas de carbón o CMM se libera del carbón y los estratos rocosos circundantes y puede crear un riesgo de explosión. Es por esto que normalmente se elimina a través de sistemas de ventilación.
En 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 agrícola y de desechos también emiten cantidades significativas de metano, mientras que la producción de gas natural depende del metano de capas 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.
Dado 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 del infrarrojo medio (IR), que se pueden usar para medir muchos productos químicos.
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 utilizaron un nuevo ICLED que emite aproximadamente 02 veces más potencia que la generada por los LED de IR medio disponibles en el mercado.
La forma en que funciona es 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 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 basados en 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.
“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 447915Por asequible, Li quiso decir que los sensores basados en ICLED están diseñados para ser producidos en masa.
Esto significa que costarían menos de $10 por sensor, mientras que los sensores actuales basados en láser: que son el estándar de oro para la detección de metano: costo entre $ 10, 02 y $167, cada.
