Sensor Terjangkau Memungkinkan Deteksi Metan Akurat pada Konsentrasi Rendah
Peneliti telah mengembangkan sensor baru yang dapat memungkinkan deteksi praktis dan biaya rendah konsentrasi rendah gas metan. Mengukur emisi dan kebocoran metan penting bagi berbagai industri karena gas ini berkontribusi pada pemanasan global dan polusi udara.
Industri pertanian dan pembuangan akhir mengeluarkan jumlah signifikan metan, yang juga kritis bagi industri minyak dan gas baik untuk alasan lingkungan maupun ekonomi karena gas alami terutama terdiri dari metan.
Peneliti dari Princeton University dan U.S. Naval Research Laboratory telah mendemonstrasikan sensor gas baru mereka, yang menggunakan perangkat interband cascade light emitting (ICLED) untuk mendeteksi konsentrasi metan rendah hingga 0,1 parts per million. ICLED adalah jenis LED daya lebih tinggi baru yang memancarkan cahaya di mid-infrared. Para peneliti berharap ini akhirnya akan membuka pintu untuk pengukuran metan yang murah, akurat, dan sensitif. Sensor dapat digunakan untuk lebih memahami emisi metan dari ternak sapi dan farm Susu dan untuk memungkinkan pemantauan krisis iklim yang lebih akurat dan luas.
Sensor berbasis laser saat ini adalah standar emas untuk deteksi metan, tetapi mereka berkisar antara $10.000 dan $100.000 per unit. Jaringan sensor yang mendeteksi kebocoran di tempat pembuangan akhir, fasilitas petrokimia, pabrik pengolahan air limbah, atau pertanian akan terlalu mahal untuk diimplementasikan menggunakan sensor berbasis laser.
Meskipun sensasi metan telah didemonstrasikan dengan LED mid-IR, kinerja telah terbatas oleh intensitas cahaya rendah yang dihasilkan oleh perangkat yang tersedia. Untuk secara signifikan meningkatkan sensitivitas dan mengembangkan sistem praktis untuk memantau metan, para peneliti menggunakan ICLED baru yang dikembangkan di U.S. Naval Research Laboratory.
ICLED yang mereka kembangkan memancarkan sekitar sepuluh kali lebih banyak daya daripada LED mid-IR komersial yang telah dihasilkan dan potensialmente dapat diproduksi massal. Menurut para peneliti, ini dapat memungkinkan sensor berbasis ICLED yang berkurang kurang dari $100 per sensor.
Untuk mengukur metan, sensor baru mengukur cahaya inframerah yang ditransmisikan melalui udara bersih tanpa metan dan membandingkannya dengan transmisi melalui udara yang mengandung metan. Untuk meningkatkan sensitivitas, para peneliti mengirim cahaya inframerah dari ICLED daya tinggi melalui serat inti kosong panjang satu meter yang berisi contoh udara. Dalam serdi dilapisi perak, yang menyebabkan cahaya memantul di permukaannya saat menjelajahi serdi ke detektor cahaya di ujung lainnya. Ini memungkinkan cahaya untuk berinteraksi dengan molekul metan tambahan di udara yang mengakibatkan penyerapan cahaya yang lebih tinggi.
Untuk menguji sensor baru, para peneliti mengalirkan konsentrasi metan yang diketahui ke dalam serint inti kosong dan membandingkan transmisi inframerah sampel dengan sensor berbasis laser terbaru. Sensor ICLED mampu mendeteksi konsentrasi rendah hingga 0,1 parts per million sambil menunjukkan persetujuan yang baik baik dengan standar yang dikalibrasi maupun sensor berbasis laser.
Menurut para peneliti, tingkat presisi ini cukup untuk memantau emisi di dekat sumber polusi metan. Array sensor ini dapat dipasang untuk mengukur emisi metan di fasilitas besar, memungkinkan operator untuk mendeteksi kebocoran dan mengatasinya secara terjangkau dan cepat.
Para peneliti berencana untuk meningkatkan desain sensor untuk membuatnya praktis untuk pengukuran lapangan jangka panjang dengan menyelidiki cara untuk meningkatkan stabilitas mekanis serint inti kosong. Mereka juga akan mempelajari bagaimana kondisi cuaca ekstrem dan perubahan kelembaban serta suhu lingkungan mungkin mempengaruhi sistem. Karena sebagian besar gas rumah kaca, dan banyak kimia lainnya, dapat diidentifikasi dengan menggunakan cahaya mid-IR, sensor metan dapat juga disesuaikan untuk mendeteksi gas penting lainnya.
