WASHINGTON - Araştırmacılar, düşük metan gazı konsantrasyonlarının pratik ve düşük maliyetli tespitine olanak sağlayabilecek yeni bir sensör geliştirdi. Metan emisyonlarının ve sızıntılarının ölçülmesi, çeşitli endüstriler için önemlidir çünkü gaz küresel ısınmaya ve hava kirliliğine katkıda bulunur.

Sensörü geliştiren Princeton Üniversitesi araştırma ekibinin lideri Mark Zondlo, "Tarım ve atık endüstrileri önemli miktarda metan salıyor" dedi. "Metan sızıntılarının tespit edilmesi hem çevresel hem de ekonomik nedenlerle petrol ve gaz endüstrisi için kritik öneme sahiptir çünkü doğal gaz esas olarak metandan oluşur."

The Optical Society (OSA) dergisinde Optik Ekspres, Princeton Üniversitesi ve ABD Donanma Araştırma Laboratuvarı'ndan araştırmacılar, milyonda 0.1 parça kadar düşük metan konsantrasyonlarını tespit etmek için bir bantlar arası kademeli ışık yayan cihaz (ICLED) kullanan yeni gaz sensörlerini gösteriyor. ICLED'ler, birçok kimyasalı ölçmek için kullanılabilen orta kızılötesi (IR) dalga boylarında ışık yayan yeni bir yüksek güçlü LED türüdür.

Makalenin ilk yazarı Nathan Li, "Bu araştırmanın sonunda düşük maliyetli, doğru ve hassas metan ölçümlerine kapı açacağını umuyoruz" dedi. "Bu sensörler, hayvancılık ve süt çiftliklerinden kaynaklanan metan emisyonlarını daha iyi anlamak ve iklim krizinin daha doğru ve kapsamlı bir şekilde izlenmesini sağlamak için kullanılabilir."

Daha ucuz bir sensör oluşturmak
Lazer tabanlı sensörler şu anda metan tespiti için altın standarttır, ancak her birinin maliyeti 10,000 ila 100,000 USD arasındadır. Bir çöplük, petrokimya tesisi, atık su arıtma tesisi veya çiftlikteki sızıntıları tespit eden bir sensör ağının lazer tabanlı sensörler kullanılarak uygulanması çok pahalı olacaktır.

Orta IR LED'lerle metan algılama gösterilmiş olsa da, performans, mevcut cihazlar tarafından üretilen düşük ışık yoğunlukları ile sınırlandırılmıştır. Hassasiyeti önemli ölçüde artırmak ve metanı izlemek için pratik bir sistem geliştirmek için araştırmacılar, Jerry Meyer'in ABD Donanma Araştırma Laboratuvarı'ndaki ekibi tarafından geliştirilen yeni bir ICLED kullandılar.

Meyer, "Geliştirdiğimiz ICLED'ler, piyasada bulunan orta IR LED'lerin ürettiğinden yaklaşık on kat daha fazla güç yayar ve potansiyel olarak seri üretilebilir" dedi. "Bu, sensör başına 100 ABD dolarından daha düşük maliyetli ICLED tabanlı sensörleri etkinleştirebilir."

Metanı ölçmek için yeni sensör, metan içermeyen temiz hava yoluyla iletilen kızılötesi ışığı ölçer ve bunu metan içeren hava yoluyla iletilen ile karşılaştırır. Hassasiyeti artırmak için araştırmacılar, yüksek güçlü ICLED'den gelen kızılötesi ışığı bir hava örneği içeren 1 metre uzunluğunda içi boş çekirdekli bir fiberden gönderdiler. Elyafın içi gümüşle kaplanmıştır, bu da ışığın diğer uçtaki fotodedektöre doğru elyaf boyunca ilerlerken yüzeylerinden yansımasına neden olur. Bu, ışığın havadaki ek metan molekülleri ile etkileşime girerek ışığın daha yüksek emilmesini sağlar.

Li, "Aynalar, sensör hassasiyetini artırmak için ışığı birkaç kez ileri geri yansıtmak için yaygın olarak kullanılır, ancak hantal olabilir ve hassas hizalama gerektirebilir" dedi. "İçi boş çekirdekli lifler kompakttır, düşük hacimlerde numune gazı gerektirir ve mekanik olarak esnektir."

Lazer tabanlı sensörlere kadar ölçüm
Yeni sensörü test etmek için araştırmacılar, içi boş çekirdekli fiberin içine bilinen metan konsantrasyonlarını akıttı ve numunelerin kızılötesi iletimini son teknoloji lazer tabanlı sensörlerle karşılaştırdı. ICLED sensörü, hem kalibre edilmiş standartlar hem de lazer tabanlı sensör ile mükemmel uyum gösterirken, milyonda 0.1 parça kadar düşük konsantrasyonları tespit edebildi.

Li, "Bu hassasiyet düzeyi, metan kirliliği kaynaklarının yakınındaki emisyonları izlemek için yeterlidir" dedi. "Bu sensörlerden oluşan bir dizi, büyük tesislerde metan emisyonlarını ölçmek için kurulabilir ve operatörlerin sızıntıları ekonomik ve hızlı bir şekilde tespit etmesine ve azaltmasına olanak tanır."

Araştırmacılar, içi boş çekirdekli fiberin mekanik stabilitesini artırmanın yollarını araştırarak, uzun vadeli saha ölçümleri için pratik hale getirmek için sensörün tasarımını iyileştirmeyi planlıyorlar. Ayrıca aşırı hava koşullarının ve ortam nemi ve sıcaklığındaki değişikliklerin sistemi nasıl etkileyebileceğini de inceleyecekler. Sera gazlarının çoğu ve diğer birçok kimyasal, orta kızılötesi ışık kullanılarak tanımlanabildiğinden, metan sensörü diğer önemli gazları da algılayacak şekilde uyarlanabilir.

###

Bildiri: N. Li, L. Tao, H. Yi, CS Kim, M. Kim, CL Canedy, CD Merritt, WW Bewley, I. Vurgaftman, JR Meyer, MA Zondlo, “Bantlar arası kaskad LED ile birleştirilmiş metan tespiti içi boş bir elyafa, ” Opt. Ekspres, 29, 5, 7221-7231 (2021).

DOI: https: //DOI.org /101364 /OE.415724

Hakkımızda Optik Ekspres

Optik Ekspres optik ve fotoniğin her alanında bilimsel ve teknolojik yenilikler hakkında raporlar. İki haftada bir yayınlanan dergi, orijinal, hakemli makalelerin hızlı bir şekilde yayınlanmasını sağlar. The Optical Society (OSA) tarafından yayınlandı ve ABD Minnesota Üniversitesi'nden Genel Yayın Yönetmeni James Leger tarafından yönetildi. Optik Ekspres açık erişimli bir dergidir ve okuyuculara OSA Publishing'te çevrimiçi olarak ücretsiz olarak sunulmaktadır.

The Optical Society Hakkında

1916'da kurulan The Optical Society (OSA), keşifleri besleyen, gerçek hayattaki uygulamaları şekillendiren ve ışık bilimindeki başarıları hızlandıran bilim adamları, mühendisler, öğrenciler ve iş liderleri için önde gelen profesyonel bir organizasyondur. OSA, dünyaca ünlü yayınlar, toplantılar ve üyelik girişimleri aracılığıyla, kapsamlı küresel optik ve fotonik uzmanları ağı için kaliteli araştırmalar, ilham verici etkileşimler ve özel kaynaklar sağlar. Daha fazla bilgi için osa.org adresini ziyaret edin.

Medya Temas:

[e-posta korumalı]