新しいセンサーが低コストの高感度メタン測定への道を開く

研究者たちは、低濃度のメタンガスを実用的かつ低コストで検出できる新しいセンサーを開発しました。ガスは地球温暖化と大気汚染の一因となるため、メタンの排出と漏出を測定することは、さまざまな業界にとって重要です。

農業および廃棄物産業は大量のメタンを排出しますが、天然ガスは主にメタンで構成されているため、環境と経済の両方の理由から石油およびガス産業にとっても重要です。

プリンストン大学と米国海軍研究所の研究者は、バンド間カスケード発光デバイス（ICLED）を使用して0.1ppmのメタン濃度を検出する新しいガスセンサーを実証しました。 ICLEDは、中赤外線で発光する新しいタイプの高出力LEDです。研究者たちは、これが最終的に低コストで正確かつ高感度のメタン測定への扉を開くことを望んでいます。センサーを使用して、家畜や酪農場からのメタン排出量をよりよく理解し、気候危機のより正確で広範囲にわたる監視を可能にすることができます。

レーザーベースのセンサーは現在、メタン検出のゴールドスタンダードですが、それぞれ10,000ドルから100,000ドルの費用がかかります。埋め立て地、石油化学施設、廃水処理プラント、または農場全体の漏れを検出するセンサーネットワークは、レーザーベースのセンサーを使用して実装するには法外な費用がかかります。

メタン検知は中赤外LEDで実証されていますが、性能は利用可能なデバイスによって生成される低光強度によって制限されています。感度を大幅に向上させ、メタンを監視するための実用的なシステムを開発するために、研究者たちは米国海軍調査研究所で開発された新しいICLEDを使用しました。

彼らが開発したICLEDは、市販の中IR LEDが生成した電力の約10倍の電力を放出し、大量生産される可能性があります。研究者によると、これにより、センサーあたり100ドル未満のICLEDベースのセンサーが可能になる可能性があります。

メタンを測定するために、新しいセンサーは、メタンを含まないきれいな空気を透過する赤外線を測定し、メタンを含む空気を透過する赤外線と比較します。感度を高めるために、研究者たちは、高出力ICLEDからの赤外線を、空気サンプルを含む長さ1メートルの中空コアファイバーに送りました。ファイバーの内側は銀でコーティングされており、光がファイバーを伝ってもう一方の端にある光検出器に到達するときに、光がその表面で反射します。これにより、光が空気中の追加のメタン分子と相互作用し、光の吸収が高くなります。

新しいセンサーをテストするために、研究者は既知の濃度のメタンを中空コアファイバーに流し込み、サンプルの赤外線透過率を最先端のレーザーベースのセンサーと比較しました。 ICLEDセンサーは、0.1 ppmの低濃度を検出すると同時に、キャリブレーションされた標準とレーザーベースのセンサーの両方との優れた一致を示しました。

研究者によると、このレベルの精度は、メタン汚染源の近くの排出量を監視するのに十分です。これらのセンサーのアレイを設置して、大規模施設でのメタン排出量を測定し、オペレーターが漏れを検出して、手頃な価格で迅速に軽減できるようにすることができます。

研究者たちは、中空コアファイバの機械的安定性を高める方法を調査することにより、センサーの設計を改善して、長期のフィールド測定に実用的なものにすることを計画しています。また、極端な気象条件や周囲の湿度と温度の変化がシステムにどのように影響するかについても研究します。ほとんどの温室効果ガスや他の多くの化学物質は中赤外光を使用して識別できるため、メタンセンサーは他の重要なガスを検出するように適合させることもできます。