Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato un sistema laser in grado di rilevare contemporaneamente diversi gas inquinanti presenti nell'aria in pochi secondi. La tecnologia utilizza speciali fibre ottiche e gas pressurizzati per generare raggi laser ultra precisi. I primi test mostrano un rilevamento rapido e affidabile di CO2 e SO2, due dei principali gas responsabili del riscaldamento globale e dell'inquinamento atmosferico.
Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, l’inquinamento atmosferico uccide 7 milioni di persone all’anno ed è una delle maggiori sfide del nostro secolo. Strumenti spettroscopici avanzati per il rilevamento di gas ambientali, in grado di monitorare accuratamente più gas in tempo reale e con elevata sensibilità, sono quindi della massima importanza per il mondo.
Un innovativo sistema ottico per il tracciamento degli inquinanti
Il team guidato dal professore associato Christos Markos presso DTU Electro in Danimarca ha presentato su Nature Communications un nuovo metodo per sintetizzare diverse linee spettrali ottiche strette, precise e sintonizzate in modo indipendente nel vicino infrarosso e nel medio infrarosso.
Il laser è stato combinato con la fotoacustica e i ricercatori hanno dimostrato la capacità di un sistema robusto di monitorare più gas in tempo reale e con elevata sensibilità. Il sistema sviluppato si basa sulla tecnologia emergente delle fibre antirisonanti a nucleo cavo riempite di gas, i cui autori sono tra i leader mondiali. Due diverse fibre a nucleo cavo riempite di gas attivi sono combinate in una configurazione a cascata generando forti impulsi laser mirati al biossido di carbonio e al biossido di zolfo.
Il dispositivo si basa su due fibre ottiche cave riempite di gas che agiscono come filtri ultraselettivi. La prima fibra contiene metano sotto pressione, mentre la seconda contiene idrogeno. Questa configurazione permette di generare raggi laser perfettamente adatti a identificare le “firme” specifiche dei gas ricercati nell'aria.
Rilevazione rapida e simultanea degli inquinanti
Il vantaggio principale del sistema risiede nella sua capacità di analizzare più gas contemporaneamente, mentre le tecnologie attuali devono rilevarli uno per uno. I ricercatori sottolineano che “ogni raggio laser punta specificatamente un gas senza interferenze con le altre molecole presenti”.
I vantaggi del dispositivo:
• Analisi di diversi gas in pochi secondi
• Maggiore precisione grazie ai laser ultrasottili
• Maggiore affidabilità rispetto ai sistemi esistenti
Applicazioni concrete per l'ambiente
Un sistema di questo tipo può essere utilizzato nell’industria pesante e nel trasporto marittimo per monitorare le emissioni nocive e le emissioni di gas serra. Ciò fa parte delle nuove normative UE che fissano l’obiettivo 2030 di ridurre le emissioni nette di gas serra di almeno il 55% rispetto ai livelli del 1990.
I primi test hanno dimostrato l'efficacia del sistema nel rilevamento di CO2 e SO2. Questi due gas svolgono un ruolo centrale nella qualità dell’aria e nel cambiamento climatico. La CO2 è il principale gas serra prodotto dall’uomo, mentre l’SO2 contribuisce alle piogge acide e all’inquinamento urbano.
Aree di applicazione:
• Monitoraggio dell'inquinamento in città
• Controllo degli scarichi industriali
• Monitoraggio dei cambiamenti atmosferici
Uno strumento adattabile per il futuro
Il sistema può essere modificato per rilevare altri tipi di gas semplicemente regolando i parametri dei laser. I ricercatori stanno lavorando per ridurre le dimensioni del dispositivo per renderlo trasportabile sul campo.
Questa nuova tecnologia laser segna una svolta nel rilevamento dei gas atmosferici. La sua capacità di misurare più inquinanti contemporaneamente offre maggiori opportunità per la protezione dell’ambiente e la lotta contro il cambiamento climatico.
Articolo: «La sintesi di linee Raman in fibra cava antirisonante riempite di gas consente l'accesso alla regione dell'impronta molecolare» – DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52589-8#MOESM5
