Un sensore per gas a effetto serra intelligente, mobile e ad alta efficienza energetica
Alla luce dell’incremento del rischio di eventi meteorologici estremi causato dai cambiamenti climatici risulta urgente monitorare i gas a effetto serra che vi contribuiscono, in particolare l’anidride carbonica, il protossido d’azoto e il metano. Sebbene i sistemi di monitoraggio delle emissioni utilizzati da numerose agenzie nazionali siano altamente sensibili e in grado di distinguere i diversi gas atmosferici, essi tendono a essere complessi, ingombranti e costosi. Di conseguenza, sono impiegati principalmente come punti di riferimento statici e vengono installati solamente in alcuni luoghi specifici. «Per offrire un quadro più completo è necessario un numero significativo di sistemi di monitoraggio delle emissioni, in modo da consentire la copertura di vaste aree», afferma Albert Romano-Rodriguez, coordinatore del progetto NEOGAS, che è stato finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Con l’obiettivo di incrementare le opzioni a disposizione delle autorità e degli esperti, NEOGAS ha sviluppato una prova di concetto per un dispositivo di rilevamento dei gas a basso consumo energetico che sfrutterà le funzionalità dell’Internet delle cose (IoT) al fine della modellizzazione delle previsioni. «Anche se esistono tuttora margini di miglioramento, siamo stati particolarmente soddisfatti del fatto che il nostro dispositivo è rimasto operativo per alcune settimane, continuando a fornire misure di rilevamento dei gas», aggiunge Romano-Rodriguez, ricercatore presso il dipartimento di Ingegneria elettronica e biomedica dell’Università di Barcellona, l’ateneo che ha ospitato il progetto.
Costruire un dispositivo altamente efficace
Il dispositivo di rilevamento concepito dal progetto è stato realizzato con un polimero conduttore altamente poroso, noto come struttura metallorganica, la cui resistenza elettrica varia a temperatura ambiente in seguito ad esposizione ai gas. Il dipartimento di Ingegneria elettronica e biomedica ha sintetizzato il materiale, preparato il resistore e testato successivamente il dispositivo misurandone la resistenza elettrica a seguito dell’esposizione all’anidride carbonica e al metano, i principali gas a effetto serra. Al fine di testare i dispositivi, il team di ricerca ha inserito i sensori in camere di prova a tenuta stagna; quindi, dopo aver introdotto i gas o le miscele di gas da analizzare, ha misurato la resistenza elettrica di tali sensori. «I cambiamenti nella resistenza del dispositivo sono stati registrati a concentrazioni di metano e anidride carbonica inferiori ai livelli effettivi presenti nell’aria, dimostrando l’efficacia della nostra prova di concetto», spiega Romano-Rodriguez.
Modellizzazione avanzata grazie alle funzionalità dell’Internet delle cose
La Commissione europea deve produrre una relazione annuale sui progressi compiuti ai sensi del meccanismo di monitoraggio climatico globale, pertanto innovazioni come il dispositivo di rilevamento di NEOGAS potrebbero rivelarsi indispensabili. Nonostante i promettenti risultati ottenuti in laboratorio, affinché il dispositivo ideato da NEOGAS raggiunga appieno le sue potenzialità è necessario intraprendere una serie di fasi. La combinazione delle funzionalità di rilevamento con quelle dell’IoT offre un percorso particolarmente interessante in quanto i dati raccolti potrebbero informare la modellizzazione della generazione e della distribuzione delle emissioni di gas serra di natura antropica, fondamentale per garantire una pianificazione della mitigazione e dell’adattamento basata su dati concreti. A tal fine, il team sta sviluppando un circuito stampato ad alta efficienza energetica da integrare nel dispositivo su cui montare il sensore. Al contempo, l’équipe è anche impegnata a migliorare le proprietà dei materiali del dispositivo al fine di assicurarne la stabilità nel corso del tempo e ridurne il degrado, nonché la sua qualità di rilevamento per aumentare la sensibilità ai gas interferenti, in particolare quelli presenti nell’umidità ambientale. «Una volta portata a termine, la nostra soluzione nanoelettronica integrata e compatta offrirà vantaggi significativi rispetto ai dispositivi tradizionali. Fornendo una grande quantità di dati con un’alta risoluzione spaziale, il sistema da noi sviluppato dispone delle potenzialità di integrare gli approcci attualmente impiegati» conclude Romano-Rodriguez.
Parole chiave
NEOGAS, sensore, gas serra, anidride carbonica, metano, internet delle cose
