I ricercatori hanno sviluppato un sistema di imaging a infrarossi che potrebbe un giorno offrire a basso costo, rilevamento in tempo reale di fughe di gas metano nelle condotte e negli impianti petroliferi. perdite di metano, il componente principale del gas naturale, può essere costoso e pericoloso e allo stesso tempo contribuire al cambiamento climatico come gas serra.

"Nonostante il gas metano sia invisibile agli occhi, abbiamo sviluppato un metodo per codificare a colori queste informazioni sul gas e sovrapporle a un'immagine della fotocamera convenzionale, " ha detto il dottor Graham M. Gibson dell'Università di Glasgow, Scozia, che ha condotto il lavoro tecnico. "Ciò consente all'utente che utilizza la fotocamera di guardarsi intorno, identificare le cose e vedere una sovrapposizione di dove è presente il gas."

Gibson, insieme al resto del gruppo di ricerca, ha lavorato con M Squared per sviluppare il sistema di imaging a infrarossi in tempo reale. Nella rivista The Optical Society Optics Express , i ricercatori mostrano che il sistema può acquisire video di gas metano che fuoriesce da un tubo a circa 0,2 litri al minuto. La tecnologia potrebbe anche essere estesa ad altre lunghezze d'onda o intervalli di lunghezze d'onda, consentendo il rilevamento di una serie di gas e sostanze chimiche.

Dott. Graeme Malcolm OBE, CEO e co-fondatore di M Squared, ha dichiarato:"Una delle sfide da un punto di vista commerciale è stata la traduzione della tecnologia a infrarossi in mercati più grandi in cui i prezzi sono sensibili. Questa nuova tecnologia potrebbe consentire l'imaging e il rilevamento a infrarossi di diventare più facilmente disponibili e contribuire a migliorare l'ambiente riducendo le perdite di gas nell'industria petrolifera e del gas”.

Combinare le tecnologie

Sebbene siano disponibili sistemi commerciali che utilizzano l'imaging per rilevare il gas metano, sono molto costosi e non funzionano bene in tutte le condizioni ambientali. Il nuovo sistema di imaging potrebbe offrire un modo meno costoso e sensibile per rilevare il gas metano in una varietà di condizioni. Incorpora la tecnologia di imaging iperspettrale attiva sviluppata da M Squared e una fotocamera a pixel singolo sviluppata dal team di ricerca di Glasgow.

Il sistema esegue l'imaging iperspettrale proiettando una serie di modelli di luce a infrarossi sulla scena utilizzando una lunghezza d'onda del laser che viene assorbita dal metano. Questi modelli sono creati con un laser e un piccolo dispositivo con centinaia di migliaia di specchi mobili, noto come dispositivo digitale a microspecchi. Un'immagine che mostra dove il metano ha assorbito la luce viene ricostruita rilevando la luce che si disperde sulla scena e confrontandola computazionalmente con i modelli proiettati originali.

Il fatto che il nuovo sistema di imaging a gas metano utilizzi l'illuminazione attiva, ovvero fornisce una propria fonte di luce, presenta numerosi vantaggi rispetto ai sistemi di illuminazione passiva utilizzati nei rilevatori di gas attualmente disponibili, compresi i sistemi che rilevano il gas utilizzando differenze di temperatura.

Dottor Nils Hempler, Responsabile Innovazione presso M Squared, ha dichiarato:"Per i sistemi che utilizzano l'illuminazione passiva, l'oscurità o la pioggia faranno variare o inesistente il segnale che raggiunge il sistema di imaging. Una fonte di illuminazione attiva è indipendente dai cambiamenti ambientali, compresi i cambiamenti di temperatura o luce, e fornisce un contrasto migliore e sensibilità più elevate."

I ricercatori hanno utilizzato una fotocamera a pixel singolo per misurare la luce diffusa dalla scena perché le fotocamere tradizionali con milioni di pixel non sono disponibili o sono proibitive nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso. La fotocamera a pixel singolo è la chiave per creare un sistema commerciale di imaging del gas metano che potrebbe costare solo poche migliaia di dollari, significativamente inferiore rispetto alle odierne termocamere per il rilevamento dei gas disponibili in commercio. Poiché il sistema non utilizza scanner o altre parti mobili, potrebbe essere facilmente trasformato in uno strumento portatile.

Nella carta, i ricercatori hanno dimostrato che il loro sistema potrebbe visualizzare il gas metano che fuoriesce da un tubo a circa 1 metro dalla telecamera con una velocità di ripresa video di circa 25 fotogrammi al secondo. Hanno anche dimostrato che il loro metodo era sensibile al metano anche quando erano presenti altri gas tra la fotocamera e il metano.

"Una delle cose che abbiamo scoperto è che non abbiamo necessariamente bisogno di immagini ad alta risoluzione quando rileviamo perdite di gas, " ha detto Gibson. "Un frame rate relativamente veloce sulla tua fotocamera fornisce più informazioni sulla fuoriuscita del gas rispetto alle immagini ad altissima risoluzione".

Uscire dal laboratorio

Uno dei prossimi passi per i ricercatori è dimostrare la loro configurazione di imaging al di fuori dell'ambiente di laboratorio controllato per vedere come si comporta in scenari del mondo reale. Vogliono anche provare l'approccio con laser più potenti, che potrebbe consentire l'imaging da una distanza maggiore e aumentare la sensibilità del rilevamento del gas.

"L'utilizzo di sorgenti laser ampiamente sintonizzabili anziché la sorgente a lunghezza d'onda fissa utilizzata in questo documento può estendere questo metodo al rilevamento di altri idrocarburi, materiali pericolosi come agenti di guerra chimica ed esplosivi, e altre sostanze biologicamente importanti utilizzate nell'assistenza sanitaria e nella diagnostica, " disse Hempler.