हाल ही में हुई प्रगति से मीथेन सेंसर के नेटवर्क को बड़ी सुविधाओं पर इस ग्रीनहाउस गैस का पता लगाने में सक्षम बनाया जा सकता है
वॉशिंगटन - शोधकर्ताओं ने एक नया सेंसर विकसित किया है जो मीथेन गैस की कम सांद्रता का व्यावहारिक और कम लागत का पता लगाने की अनुमति दे सकता है। मीथेन उत्सर्जन और लीक को मापना विभिन्न उद्योगों के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि गैस ग्लोबल वार्मिंग और वायु प्रदूषण में योगदान करती है।
प्रिंसटन यूनिवर्सिटी की शोध टीम के प्रमुख मार्क जोंडलो ने कहा, "कृषि और अपशिष्ट उद्योग मिथेन की महत्वपूर्ण मात्रा का उत्सर्जन करते हैं।" "मीथेन लीक का पता लगाना पर्यावरण और आर्थिक दोनों कारणों से तेल और गैस उद्योग के लिए भी महत्वपूर्ण है क्योंकि प्राकृतिक गैस मुख्य रूप से मीथेन है।"
द ऑप्टिकल सोसाइटी (OSA) जर्नल में प्रकाशिकी एक्सप्रेसप्रिंसटन यूनिवर्सिटी और यूएस नेवल रिसर्च लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने अपने नए गैस सेंसर का प्रदर्शन किया, जो मीथेन सांद्रता का पता लगाने के लिए एक इंटरबैंड कैस्केड लाइट एमिटिंग डिवाइस (ICLED) का उपयोग करता है, जो प्रति मिलियन 0.1% तक कम होता है। ICLEDs एक नई प्रकार की उच्च-शक्ति एलईडी है जो मध्य-अवरक्त (IR) तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश का उत्सर्जन करता है, जिसका उपयोग कई रसायनों को मापने के लिए किया जा सकता है।
"हमें उम्मीद है कि इस शोध से अंततः कम लागत, सटीक और संवेदनशील मीथेन माप के द्वार खुलेंगे," पेपर के पहले लेखक नाथन ली ने कहा। "इन सेंसर का उपयोग पशुधन और डेयरी फार्मों से मीथेन उत्सर्जन को बेहतर ढंग से समझने और जलवायु संकट की अधिक सटीक और व्यापक निगरानी को सक्षम करने के लिए किया जा सकता है।"
कम महंगे सेंसर का निर्माण
लेजर आधारित सेंसर वर्तमान में मीथेन का पता लगाने के लिए सोने के मानक हैं, लेकिन उनकी लागत प्रत्येक 10,000 अमरीकी डालर और 100,000 के बीच है। एक सेंसर नेटवर्क जो एक लैंडफिल, पेट्रोकेमिकल सुविधा, अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र या खेत में लीक का पता लगाता है, लेजर-आधारित सेंसर का उपयोग करने के लिए निषेधात्मक रूप से महंगा होगा।
यद्यपि मीथेन सेंसिंग का प्रदर्शन मध्य-आईआर एल ई डी के साथ किया गया है, लेकिन प्रदर्शन उपलब्ध उपकरणों द्वारा उत्पन्न कम प्रकाश तीव्रता से सीमित किया गया है। मीथेन की निगरानी के लिए संवेदनशीलता में काफी सुधार करने और एक व्यावहारिक प्रणाली विकसित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने जेरी मेयर की टीम द्वारा विकसित एक नए ICLED का उपयोग अमेरिकी नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला में किया।
"ICLEDs हमने विकसित किया है जो व्यावसायिक रूप से उपलब्ध मध्य-आईआर एलईडी की तुलना में लगभग दस गुना अधिक बिजली का उत्सर्जन करता है, और संभवतः बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है," मेयर ने कहा। "यह ICLED- आधारित सेंसर सक्षम कर सकता है जिसकी लागत प्रति सेंसर USD 100 से कम है।"
मीथेन को मापने के लिए, नया सेंसर साफ हवा के माध्यम से संचरित प्रकाश को मापता है जिसमें मीथेन नहीं होता है और इसकी तुलना मीथेन युक्त हवा के माध्यम से की जाती है। संवेदनशीलता को बढ़ावा देने के लिए, शोधकर्ताओं ने 1 मीटर लंबे खोखले-कोर फाइबर के माध्यम से उच्च-शक्ति वाले ICLED से अवरक्त प्रकाश भेजा, जिसमें हवा का नमूना था। फाइबर के अंदरूनी हिस्से को चांदी के साथ लेपित किया जाता है, जो प्रकाश को इसकी सतहों को प्रतिबिंबित करने का कारण बनता है क्योंकि यह फाइबर को दूसरे छोर पर फोटोडेटेक्टर तक ले जाता है। यह प्रकाश को हवा में मीथेन के अतिरिक्त अणुओं के साथ बातचीत करने की अनुमति देता है जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश का उच्च अवशोषण होता है।
"आमतौर पर दर्पण सेंसर संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए कई बार प्रकाश को आगे और पीछे उछालने के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन भारी हो सकता है और सटीक संरेखण की आवश्यकता हो सकती है," ली ने कहा। "खोखले कोर फाइबर कॉम्पैक्ट होते हैं, नमूना गैस की कम मात्रा की आवश्यकता होती है और यंत्रवत् लचीले होते हैं।"
लेजर-आधारित सेंसर तक माप
नए सेंसर का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मीथेन के ज्ञात सांद्रता को खोखले कोर फाइबर में प्रवाहित किया और अत्याधुनिक लेजर-आधारित सेंसर के साथ नमूनों के अवरक्त संचरण की तुलना की। आईसीएलईडी सेंसर अंशांकन मानकों और लेजर आधारित सेंसर दोनों के साथ उत्कृष्ट समझौता दिखाते हुए सांद्रता को 0.1 भागों प्रति मिलियन तक कम करने में सक्षम था।
"सटीकता का यह स्तर मीथेन प्रदूषण के स्रोतों के पास उत्सर्जन की निगरानी के लिए पर्याप्त है," ली ने कहा। "इन सेंसरों की एक सरणी को बड़ी सुविधाओं पर मीथेन उत्सर्जन को मापने के लिए स्थापित किया जा सकता है, जिससे ऑपरेटरों को लीक का पता लगाने और जल्दी से उन्हें कम करने की अनुमति मिलती है।"
शोधकर्ताओं ने खोखले-कोर फाइबर के यांत्रिक स्थिरता को बढ़ाने के तरीकों की जांच करके इसे लंबी अवधि के क्षेत्र माप के लिए व्यावहारिक बनाने के लिए सेंसर के डिजाइन में सुधार करने की योजना बनाई है। वे यह भी अध्ययन करेंगे कि चरम मौसम की स्थिति और परिवेश की आर्द्रता और तापमान में परिवर्तन प्रणाली को कैसे प्रभावित कर सकते हैं। क्योंकि अधिकांश ग्रीनहाउस गैसों, और कई अन्य रसायनों को मध्य-आईआर प्रकाश का उपयोग करके पहचाना जा सकता है, मीथेन सेंसर को अन्य महत्वपूर्ण गैसों का पता लगाने के लिए भी अनुकूलित किया जा सकता है।
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पेपर: एन। ली।, एल। ताओ, एच। वाई।, सीएस किम, एम। किम, सीएल कैनेडी, सीडी मेरिट, डब्ल्यूडब्ल्यू बेवली, आई। वेर्गफ्टमैन, जेआर मेयर, एमए जोंडलो, "मीथेन का पता लगाने के लिए एक इंटरबैंड-कैस्केड एलईडी युग्मित का उपयोग कर। एक खोखले कोर फाइबर के लिए, " ऑप्ट। एक्सप्रेस, 29, 5, 7221-7231 (2021)।
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स्रोत: https://bioengineer.org/new-sensor-paves-way-to-low-cost-sensitive-methane-measurements/
