새로운 센서, 저비용 감도 메탄 측정의 길을 열다

연구원들은 낮은 농도의 메탄 가스를 실용적이고 저렴한 비용으로 감지할 수 있는 새로운 센서를 개발했습니다. 메탄 배출 및 누출 측정은 가스가 지구 온난화 및 대기 오염에 기여하기 때문에 다양한 산업에서 중요합니다.

농업 및 폐기물 산업은 상당한 양의 메탄을 배출하며, 천연 가스는 주로 메탄으로 구성되어 있기 때문에 환경 및 경제적인 이유로 석유 및 가스 산업에 매우 중요합니다.

프린스턴 대학과 미 해군 연구소의 연구원들은 대역간 계단식 발광 장치(ICLED)를 사용하여 0.1ppm의 낮은 메탄 농도를 감지하는 새로운 가스 센서를 시연했습니다. ICLED는 중적외선에서 빛을 방출하는 새로운 유형의 고전력 LED입니다. 연구원들은 이것이 결국 저비용, 정확하고 민감한 메탄 측정의 문을 열 수 있기를 희망합니다. 센서는 가축과 낙농장의 메탄 배출을 더 잘 이해하고 기후 위기에 대한 보다 정확하고 광범위한 모니터링을 가능하게 하는 데 사용될 수 있습니다.

레이저 기반 센서는 현재 메탄 감지의 표준이지만 각각 $10,000에서 $100,000 사이입니다. 매립지, 석유화학 시설, 폐수 처리장 또는 농장에서 누출을 감지하는 센서 네트워크는 레이저 기반 센서를 사용하여 구현하는 데 엄청나게 많은 비용이 듭니다.

메탄 감지가 mid-IR LED로 시연되었지만 사용 가능한 장치에서 생성되는 낮은 광도에 의해 성능이 제한되었습니다. 감도를 크게 개선하고 메탄 모니터링을 위한 실용적인 시스템을 개발하기 위해 연구원들은 미국 해군 연구소에서 개발한 새로운 ICLED를 사용했습니다.

그들이 개발한 ICLED는 상업적으로 이용 가능한 mid-IR LED가 생성하고 잠재적으로 대량 생산될 수 있는 것보다 대략 10배 더 많은 전력을 방출합니다. 연구원들에 따르면, 이것은 센서당 100달러 미만의 비용이 드는 ICLED 기반 센서를 가능하게 할 수 있습니다.

메탄을 측정하기 위해 새로운 센서는 메탄이 없는 깨끗한 공기를 통해 투과되는 적외선을 측정하고 이를 메탄이 포함된 공기를 통한 투과와 비교합니다. 감도를 높이기 위해 연구원들은 공기 샘플을 포함하는 1미터 길이의 중공 코어 섬유를 통해 고출력 ICLED의 적외선을 보냈습니다. 광섬유 내부는 은으로 코팅되어 있어 빛이 광섬유를 따라 다른 쪽 끝에 있는 광검출기로 이동할 때 표면에서 반사됩니다. 이렇게 하면 빛이 공기 중의 추가 메탄 분자와 상호 작용하여 빛을 더 많이 흡수하게 됩니다.

새로운 센서를 테스트하기 위해 연구원들은 알려진 농도의 메탄을 중공 코어 섬유로 흐르게 하고 샘플의 적외선 투과율을 최첨단 레이저 기반 센서와 비교했습니다. ICLED 센서는 0.1ppm의 낮은 농도를 감지할 수 있었으며 보정된 표준 및 레이저 기반 센서 모두와 탁월한 일치를 보였습니다.

연구원들에 따르면, 이러한 수준의 정밀도는 메탄 오염원 근처에서 배출을 모니터링하기에 충분합니다. 이러한 센서 어레이를 설치하여 대규모 시설에서 메탄 배출량을 측정할 수 있으므로 운영자가 누출을 감지하고 저렴하고 신속하게 완화할 수 있습니다.

연구원들은 중공 코어 섬유의 기계적 안정성을 높이는 방법을 조사하여 장기간 현장 측정에 실용적이도록 센서 설계를 개선할 계획입니다. 또한 극한 기상 조건과 주변 습도 및 온도의 변화가 시스템에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 연구합니다. 대부분의 온실 가스 및 기타 많은 화학 물질은 중적외선을 사용하여 식별할 수 있기 때문에 메탄 센서는 다른 중요한 가스를 감지하도록 조정할 수도 있습니다.