Доступный датчик обеспечивает точный детект метана при низких концентрациях

Исследователи разработали новый датчик, который может позволить практичное и недорогое детектирование низких концентраций метанового газа. Измерение выбросов и утечек метана важно для множества отраслей, потому что газ способствует глобальному потеплению и загрязнению воздуха.

Сельскохозяйственные и отходы отрасли выбрасывают значительные количества метана, который также критичен для нефтегазовой отрасли как по экологическим, так и по экономическим причинам, потому что природный газ в основном состоит из метана.

Исследователи из Принстонского университета и Лаборатории البحريческих исследований США продемонстрировали свой новый газоный датчик, который использует интербанд каскадное световую излучающую устройство (ICLED) для детектирования концентраций метана до 0,1 частей на миллион. ICLED — это новый тип более мощного LED, излучающего свет в среднем инфракрасном. Исследователи надеются, что это в конечном итоге откроет дверь к недорогим, точным и чувствительным измерениям метана. Датчики могли бы использоваться для лучшего понимания выбросов метана от скота и молочных ферм и для обеспечения более точного и всепроникающего мониторинга климатического кризиса.

Лазерные датчики в настоящее время являются золотым стандартом для детектирования метана, но они стоят между 10 000 и 100 000 долларов каждый. Сенсорная сеть, детектирующая утечки по свалке, нефтехимическому объекту, станции очистки сточных вод или ферме, была бы запретительно дорогой для реализации с лазерными датчиками.

Хотя метановое сенсирование было продемонстрировано со средне-ИК LED, производительность была ограничена низкими интенсивностями света, генерируемыми доступными устройствами. Для существенного улучшения чувствительности и разработки практической системы для мониторинга метана исследователи использовали новый ICLED, разработанный в Лаборатории البحريческих исследований США.

ICLED, которые они разработали, излучают примерно в десять раз больше мощности, чем коммерчески доступные средне-ИК LED генерировали и потенциально могут быть массово произведены. По словам исследователей, это может позволить ICLED-базированным датчикам стоить менее 100 долларов за датчик.

Для измерения метана новый датчик измеряет инфракрасный свет, прошедший через чистый воздух без метана, и сравнивает это с передачей через воздух, содержащий метан. Для усиления чувствительности исследователи пропустили инфракрасный свет от высокомощного ICLED через один-метровый полый волоконный кабель, содержащий воздушную пробу. Внутри волокна покрыто серебром, что заставляет свет отражаться от его поверхностей по мере прохождения по волокну к фотодетектору на другом конце. Это позволяет свету взаимодействовать с дополнительными молекулами метана в воздухе, приводя к более высокому поглощению света.

Для тестирования нового датчика исследователи пропустили известные концентрации метана через полый волоконный кабель и сравнили инфракрасную передачу образцов с передовой лазерной датчиком. ICLED датчик смог детектировать концентрации до 0,1 частей на миллион, показывая отличное согласование как с калиброванными стандартами, так и с лазерным датчиком.

По словам исследователей, этот уровень точности достаточен для мониторинга выбросов возле источников метанового загрязнения. Массив этих датчиков мог бы быть установлен для измерения выбросов метана на крупных объектах, позволяя операторам детектировать утечки и митигировать их доступно и быстро.

Исследователи планируют улучшить дизайн датчика, чтобы сделать его практичным для долгосрочных полевых измерений, исследуя способы увеличения механической стабильности полого волоконного кабеля. Они также изучат, как экстремальные погодные условия и изменения окружающей влажности и температуры могут влиять на систему. Поскольку большинство парниковых газов и многие другие химикаты могут быть идентифицированы с использованием средне-ИК света, метановый датчик также может быть адаптирован для детектирования других важных газов.