Sensor Baru Membuka Jalan Menuju Pengukuran Metana Sensitif Berbiaya Rendah
Para peneliti telah mengembangkan sensor baru yang memungkinkan pendeteksian gas metana dengan konsentrasi rendah dan praktis. Mengukur emisi dan kebocoran metana penting untuk berbagai industri karena gas berkontribusi terhadap pemanasan global dan polusi udara.
Industri pertanian dan limbah mengeluarkan sejumlah besar metana, yang juga penting bagi industri minyak dan gas untuk alasan lingkungan dan ekonomi karena gas alam sebagian besar terdiri dari metana.
Para peneliti dari Universitas Princeton dan Laboratorium Penelitian Angkatan Laut AS telah mendemonstrasikan sensor gas baru mereka, yang menggunakan perangkat pemancar cahaya kaskade antar pita (ICLED) untuk mendeteksi konsentrasi metana serendah 0,1 bagian per juta. ICLED adalah jenis baru dari LED berdaya tinggi yang memancarkan cahaya pada inframerah tengah. Para peneliti berharap bahwa ini pada akhirnya akan membuka pintu untuk pengukuran metana yang murah, akurat dan sensitif. Sensor tersebut dapat digunakan untuk lebih memahami emisi metana dari peternakan dan peternakan sapi perah serta memungkinkan pemantauan krisis iklim yang lebih akurat dan menyeluruh.
Sensor berbasis laser saat ini merupakan standar emas untuk deteksi metana, tetapi masing-masing berharga antara $10.000 dan $100.000. Jaringan sensor yang mendeteksi kebocoran di tempat pembuangan akhir, fasilitas petrokimia, pabrik pengolahan air limbah, atau pertanian akan sangat mahal untuk diterapkan menggunakan sensor berbasis laser.
Meskipun penginderaan metana telah ditunjukkan dengan LED IR tengah, kinerjanya dibatasi oleh intensitas cahaya rendah yang dihasilkan oleh perangkat yang tersedia. Untuk secara substansial meningkatkan sensitivitas dan mengembangkan sistem praktis untuk memantau metana, para peneliti menggunakan ICLED baru yang dikembangkan di Laboratorium Penelitian Angkatan Laut AS.
ICLED yang mereka kembangkan memancarkan daya kira-kira sepuluh kali lebih banyak daripada yang dihasilkan oleh LED mid-IR yang tersedia secara komersial dan berpotensi diproduksi secara massal. Menurut para peneliti, ini dapat mengaktifkan sensor berbasis ICLED dengan biaya kurang dari $100 per sensor.
Untuk mengukur metana, sensor baru mengukur cahaya inframerah yang ditransmisikan melalui udara bersih tanpa metana dan membandingkannya dengan transmisi melalui udara yang mengandung metana. Untuk meningkatkan sensitivitas, para peneliti mengirim cahaya inframerah dari ICLED berdaya tinggi melalui serat inti berongga sepanjang satu meter yang berisi sampel udara. Bagian dalam serat dilapisi dengan perak, yang menyebabkan cahaya terpantul dari permukaannya saat merambat ke serat ke fotodetektor di ujung lainnya. Hal ini memungkinkan cahaya berinteraksi dengan molekul metana tambahan di udara yang menghasilkan penyerapan cahaya yang lebih tinggi.
Untuk menguji sensor baru, para peneliti mengalirkan konsentrasi metana yang diketahui ke dalam serat inti berongga dan membandingkan transmisi inframerah sampel dengan sensor berbasis laser yang canggih. Sensor ICLED mampu mendeteksi konsentrasi serendah 0,1 bagian per juta sekaligus menunjukkan kesesuaian yang sangat baik dengan standar terkalibrasi dan sensor berbasis laser.
Menurut para peneliti, tingkat presisi ini cukup untuk memantau emisi di dekat sumber polusi metana. Serangkaian sensor ini dapat dipasang untuk mengukur emisi metana di fasilitas besar, memungkinkan operator mendeteksi kebocoran dan menguranginya dengan harga terjangkau dan cepat.
Para peneliti berencana untuk meningkatkan desain sensor agar praktis untuk pengukuran lapangan jangka panjang dengan menyelidiki cara-cara untuk meningkatkan stabilitas mekanik dari serat berongga-inti. Mereka juga akan mempelajari bagaimana kondisi cuaca ekstrim dan perubahan kelembaban dan suhu sekitar dapat mempengaruhi sistem. Karena sebagian besar gas rumah kaca, dan banyak bahan kimia lainnya, dapat diidentifikasi dengan menggunakan cahaya IR tengah, sensor metana juga dapat disesuaikan untuk mendeteksi gas penting lainnya.
