Novo sensor promete detecção de baixo custo de emissões de metano, vazamentos

Sensor baseado em ICLED para detectar metano. (Imagem de Sameer A. Khan / Fotobuddy, da The Optical Society).

Uma equipe de pesquisa da Princeton University e do US Naval Research Laboratory desenvolveu um novo sensor que pode permitir a detecção prática e de baixo custo de baixas concentrações de gás metano.

Em artigo publicado na revista Optics Express, os cientistas explicam que medir as emissões e vazamentos de metano é importante para uma variedade de indústrias porque o gás pode ser perigoso e, ao mesmo tempo, é um importante contribuinte para o aquecimento global e a poluição do ar.

Em operações subterrâneas, por exemplo, o metano da mina de carvão ou CMM é liberado do carvão e dos estratos rochosos circundantes e pode criar um risco de explosão. É por isso que normalmente é removido por sistemas de ventilação.

Em minas abandonadas e de superfície, por outro lado, o metano pode escapar para a atmosfera através de fissuras naturais ou outras fontes difusas.

As indústrias agrícolas e de resíduos também emitem quantidades significativas de metano, enquanto a produção de gás natural depende do metano no leito de carvão ou CBM, o que significa que a detecção de vazamentos também é crítica para a indústria de petróleo e gás por razões ambientais e econômicas.

Diante desse contexto, a equipe de pesquisa liderada por Mark Zondlo em Princeton viu a urgência de criar um novo tipo de sensor. O mecanismo usa um dispositivo de emissão de luz em cascata entre bandas ou ICLED para detectar concentrações de metano tão baixas quanto 0,1 ppm. ICLEDs são um novo tipo de LED de alta potência que emite luz em comprimentos de onda infravermelho médio (IR), que pode ser usado para medir muitos produtos químicos.

Embora a detecção de metano tenha sido demonstrada com LEDs de infravermelho médio, o desempenho foi limitado pelas baixas intensidades de luz geradas pelos dispositivos disponíveis. Para melhorar substancialmente a sensibilidade e desenvolver um sistema prático para monitorar o metano, os pesquisadores usaram um novo ICLED que emite cerca de 10 vezes mais energia do que os LEDs infravermelhos médios disponíveis no mercado.

Funciona como um sensor que mede a luz infravermelha transmitida por ar limpo, sem metano, e a compara com a transmissão pelo ar que contém metano.

Para aumentar a sensibilidade do sistema, os pesquisadores fizeram a luz infravermelha passar do ICLED de alta potência por uma fibra de núcleo oco de 1 metro de comprimento contendo uma amostra de ar. A parte interna da fibra é revestida por prata, o que faz com que a luz reflita em suas superfícies conforme 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 de luz.

Para testar o novo sensor, os pesquisadores injetaram concentrações conhecidas de metano no núcleo oco da fibra e compararam a transmissão infravermelha das amostras com sensores de última geração baseados em laser. O sensor ICLED foi capaz de detectar concentrações tão baixas quanto 0,1 ppm, mostrando excelente concordância com os padrões calibrados e o sensor baseado no laser.

“Este nível de precisão é suficiente para monitorar as emissões perto de fontes de poluição por metano”, disse Nathan Li, primeiro autor do artigo, em um comunicado à mídia. “Uma série desses sensores pode ser instalado para medir as emissões de metano em grandes instalações, permitindo que os operadores detectem vazamentos de forma econômica e rápida e os mitiguem”.

Os sensores baseados em ICLED são projetados para serem produzidos em massa, segundo o autor. Isso significa que eles custariam menos de US $ 100 por sensor, enquanto os atuais sensores baseados em laser - que são o padrão ouro para detecção de metano - custam entre US $ 10.000 e US $ 100.000 cada.