Onderzoekers van IBM hebben een goedkope spectrometer-op-een-chip bedacht die sporen methaan in de atmosfeer detecteert. Ze willen er mee speuren naar lekkage van dit notoire broeikasgas op plekken waar het wordt gewonnen, melden ze in het tijdschrift Optica.

Ze gebruiken IR-TDLAS oftewel infrared tunable diode-laser absorption spectrometry. Deze vertrouwde gasmetingstechniek werkt met een IR-laserbundel, afgesteld op een golflengte die specifiek wordt geabsorbeerd door de gezochte moleculen. Die absorptie kun je meten, en met geavanceerde signaalversterkings- en ruisonderdrukkingstechnieken kun je er tegenwoordig gevoeligheden in het ppt-gebied mee halen.

De huidige chip komt niet verder dan 100 ppm, maar meer is ook niet nodig voor het beoogde doel. In een siliciumoppervlak van 16 mm² is een 10 cm lange, zigzaggende golfgeleider (‘waveguide’) geëtst, waar je de 1650 nm-laserbundel doorheen stuurt. De bovenkant is open, zodat de bundel contact kan maken met de atmosfeer en - vooral - de methaanmoleculen daarin.

Voorlopig zit de golfgeleider nog met glasvezels vast aan een losse lichtbron en detector, maar technisch is het niet zo’n probleem om alle onderdelen op één chip te integreren.

Volgens laatste auteur William Green hoeft deze sensor, inclusief laser, detector, elektronica, behuizing en energiebron (accu of zonnepanelen), maar een paar honderd dollar te kosten wanneer je hem in grote aantallen produceert. Op die manier wordt het haalbaar om olie- en gaswinningslocaties vol te hangen met sensoren, die meteen alarm slaan zodra ergens lekkage ontstaat. De huidige methaansensoren zijn daar veel te kostbaar voor, en dus vertrouwt men op personeel dat eens in de zoveel tijd een inspectierondje doet.

Mede-auteur Eric Zhang denkt al iets verder. Je hoeft alleen maar de golflengte van de laser aan te passen om ook andere moleculen te kunnen meten, en dus zou je hem in mobieltjes kunnen inbouwen als koolstofmonoxide-alarm of luchtvervuilingsmeter.

bron: Optical Society of America