Sensor Acessível Permite Detecção Precisa de Metano em Baixas Concentrações

Pesquisadores desenvolveram um novo sensor que poderia permitir detecção prática e de baixo custo de baixas concentrações de gás metano. Medir emissões e vazamentos de metano é importante para uma variedade de indústrias porque o gás contribui para aquecimento global e poluição do ar.

Indústrias agrícola e de resíduos emitem quantidades significativas de metano, que também é crítico para a indústria de petróleo e gás por razões ambientais e econômicas porque gás natural é composto principalmente de metano.

Pesquisadores da Universidade de Princeton e do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA demonstraram seu novo sensor de gás, que usa um dispositivo emissor de luz de cascata interbanda (ICLED) para detectar concentrações de metano tão baixas quanto 0,1 partes por milhão. ICLEDs são um novo tipo de LED de maior potência que emite luz no infravermelho médio. Os pesquisadores esperam que isso eventualmente abra a porta para medições de metano de baixo custo, precisas e sensíveis. Os sensores poderiam ser usados para entender melhor emissões de metano de fazendas de gado e laticínios e permitir monitoramento mais preciso e abrangente da crise climática.

Sensores baseados em laser são atualmente o padrão ouro para detecção de metano, mas custam entre $10.000 e $100.000 cada. Uma rede de sensores que detecta vazamentos em um aterro sanitário, instalação petroquímica, estação de tratamento de águas residuais ou fazenda seria proibitivamente cara para implementar usando sensores baseados em laser.

Embora detecção de metano tenha sido demonstrada com LEDs de infravermelho médio, o desempenho foi limitado pelas baixas intensidades de luz geradas por dispositivos disponíveis. Para melhorar substancialmente a sensibilidade e desenvolver um sistema prático para monitoramento de metano, os pesquisadores usaram um novo ICLED desenvolvido no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA.

Os ICLEDs que desenvolveram emitem aproximadamente dez vezes mais potência que LEDs de infravermelho médio comercialmente disponíveis geraram e poderiam potencialmente ser produzidos em massa. Segundo os pesquisadores, isso poderia permitir sensores baseados em ICLED que custam menos de $100 por sensor.

Para medir metano, o novo sensor mede luz infravermelha transmitida através de ar limpo sem metano e compara isso com transmissão através de ar que contém metano. Para aumentar a sensibilidade, os pesquisadores enviaram a luz infravermelha do ICLED de alta potência através de uma fibra oca de um metro contendo uma amostra de ar. O interior da fibra é revestido com prata, o que faz a luz refletir em suas superfícies enquanto viaja pela fibra até o fotodetector na outra extremidade. Isso permite que a luz interaja com moléculas adicionais de metano no ar, resultando em maior absorção da luz.

Para testar o novo sensor, os pesquisadores fluíram concentrações conhecidas de metano na fibra oca e compararam a transmissão infravermelha das amostras com sensores baseados em laser de última geração. O sensor ICLED foi capaz de detectar concentrações tão baixas quanto 0,1 partes por milhão enquanto mostrava excelente concordância com ambos padrões calibrados e o sensor baseado em laser.

Segundo os pesquisadores, este nível de precisão é suficiente para monitorar emissões próximas a fontes de poluição por metano. Uma matriz desses sensores poderia ser instalada para medir emissões de metano em grandes instalações, permitindo operadores detectar vazamentos e mitigá-los de forma acessível e rápida.

Os pesquisadores planejam melhorar o design do sensor para torná-lo prático para medições de campo de longo prazo investigando maneiras de aumentar a estabilidade mecânica da fibra oca. Eles também estudarão como condições climáticas extremas e mudanças na umidade e temperatura ambiente podem afetar o sistema. Como a maioria dos gases de efeito estufa, e muitos outros químicos, podem ser identificados usando luz de infravermelho médio, o sensor de metano também poderia ser adaptado para detectar outros gases importantes.