Taisteluun ilmastonmuutosta vastaan MIREGASilla

scientist, clean room, incubator, glove box
Finland
Vastuullisuus

Vaisala kehittää yhdessä Teknologian tutkimuskeskus VTT:n ja sen eurooppalaisten kumppaneiden kanssa kaasujen mittaukseen mullistavaa led-pohjaista MIREGAS-tekniikkaa, joka perustuu keskialueen infrapunalähteeseen. Uusi monikaasutuote väittää olevansa maailman nopein ja tarkin yhdellä anturilla toimiva ratkaisu kasvihuonekaasujen havaitsemiseen ja analysointiin. Ratkaisua voidaan soveltaa ilmastonmuutoksen ehkäisyyn.

MIREGAS-hanke pyrkii kehittämään uudenlaisen keskialueen infrapunalähteen, jota voidaan käyttää spektroskooppisessa kaasuanalyysissa. Monikansallinen MIREGAS-hankeryhmä luo säädettävää laitetta, joka käyttää vain yhtä valonlähdettä usean laserin sijasta. Valonlähde hyödyntää teknologiaa, joka kehitettiin alun perin optisen viestinnän sovelluksiin. Verrattuna perinteisiin kaasuanturitekniikoihin uusi konsepti pääsee parempiin tarkkuuksiin edullisemmin.

Monta kaasua nopeasti ja edullisesti

MIREGAS-laite voi tehdä useita mittauksia yhdellä viritettävällä ja kytkettävällä optisella suodattimella, joka on monikanavainen. Se pystyy erottamaan yksittäisiä kaasuja päästöjen seoksessa, jossa on metaania, etaania, butaania, propaania, hiilidioksidia, hiilimonoksidia, vetysulfidia ja bentseeniä. Se voi havaita useita kaasuja samanaikaisesti, joten se soveltuu erittäin hyvin sekä teollisuusprosesseihin että ympäristömittauksiin.

Hanke täyttää raon markkinoilla, sillä edullisia, vastaavaan suorituskykyyn pystyviä lähteitä ei ole saatavilla. Perinteiset kaasuanturit voivat maksaa useita kymmeniätuhansia euroja. MIREGAS-tekniikkaan perustuvat tuotteet ovat näitä edullisempia: valonlähteen valmistuskustannukset voidaan mahdollisesti laskea vain muutamiin satoihin euroihin yksikköä kohti.

Megatrendejä vastaan

Mahdollisiin tuleviin käyttökohteisiin kuuluvat esimerkiksi turvallisuuteen liittyvät kaasumittaukset: kun erittäin pieniä pitoisuuksia kaasuhuonekaasuja mitataan prosesseissa nopeasti ja tarkasti, prosessia voidaan optimoida ja säätää ripeästi. Tämä auttaa pienentämään päästöjä. Mahdolliset kaasuvuodot voidaan samoin havaita heti alkaessaan. Yksi mahdollinen käyttökohde voi myös olla suurjännitelaitteiden kunnon valvonta.

Uuden MIREGAS-tekniikan avulla Vaisala voisi tarjota entistä useampia tapoja edetä kohti energia- ja resurssitehokkuutta sekä työskennellä urbanisaation vaikutuksia ja mahdollisesti jopa ilmastonmuutosta vastaan.

Ympäristö- ja teollisuusmittausten teknologiajohtajana Vaisala pyrkii aloittamaan MIREGASin pohjalta tutkimus- ja tuotekehityshankkeen 2019–2020.

“Vaisala odottaa yhteenliittymän kehittämien tekniikoiden mahdollistavan uudelle selektiivisyyden ja tarkkuuden tasolle pääsemisen monikaasumittauksissa kilpailukykyiseen hintaan. Tämä avaisi uusia liiketoimintamahdollisuuksia ja vahvistaisi edelleen teknologista asemaamme vaativien sovellusten kaasumittaustoimittajana”, sanoo Vaisalan vanhempi tutkija Sami Virtanen.

Yhteisvoimin Horisontti 2020:tä kohden

MIREGAS on kolmivuotinen hanke, joka päättyy vuonna 2018. Vuoden 2017 aikana hanke eteni lupaavasti. Tiimi on jo selvittänyt yhden suurimmista teknologisista riskeistä led-valolähteen kehitystyössä Tampereella[AH1] .

Hanke on osa EU:n kaikkien aikojen suurinta tutkimus- ja innovaatio-ohjelmaa Horisontti 2020:ä (H2020). Sen tavoitteena on edistää talouden kasvua, ja se rahoittaa Innovaatiounionia, joka on vuoden 2020 lippulaivahanke Euroopan globaalin kilpailukyvyn takaamiseksi.

MIREGAS tuo yhteen maailman johtavat instituutit ja monikansalliset yhtiöt Euroopasta. Tiedeyhteenliittymässä on seitsemän kumppania: Vaisala, AirOptic, Vigo, GasSecure, Tampereen teknillinen yliopisto, ITME ja Teknologian tutkimuskeskus VTT. Kumppanit edustavat koko arvoketjua laitteista ja komponenteista kaasuanturivalmistajiin. Tampereen teknillisen yliopiston Optoelektroniikan tutkimuskeskus vastaa innovatiivisen superluminesenssi-LED-teknologian kehittämisestä, ja puolalainen ITME kehittää muovattavia keskialueen infrapunalinssejä. Teolliset partnerit eli suomalainen Vaisala, puolalaiset AirOptic ja VIGO sekä norjalainen GasSecure tuovat projektiin osaamisensa kaasumittauksista ja keskialueen infrapunasensorien valmistuksesta sekä arvioivat konsortion kehittämien teknologioiden toimivuutta ja soveltuvuutta.

 


MIREGAS-hanke

 

Tavoitteet

Käyttää infrapuna-absorptiomittausperiaatetta kaasujen mittauksessa 2,7–3,5 mikrometrin aallonpituusalueella enimmillään 100 nanometrin etäisyydellä ja saavuttaa vähintään 10 kertaa parempi signaali-kohinasuhde verrattuna termisiin emittereihin, kun käytössä on superluminesenssi-LED-emitteri.

Vasteen spesifisyys ja ”uudelleenohjelmoitavuus” erityyppisille kohdekaasuille käyttämällä uudenlaista suodatustekniikkaa, joka perustuu integroidun optisen piirin (Si Photonic Integrated Circuit PIC) käyttöön.

10 kertaa parempi spektrin resoluutio verrattuna perinteisesti kaasuantureissa käytettäviin suodattimiin. Mahdollisuus hienosäätöön ja sen jälkeiseen vasteen suodattamiseen jopa 1 nanometrin resoluution asti, mikä mahdollistaa yksittäisen absorptioviivojen tutkimisen.

Valmistuskulut jäävät alle 300 euron yksikköä kohden (esimerkkituotetta tehdään 5000 yksikköä vuodessa), kun hyödynnetään kehittyneitä integrointi- ja automatisoituja kokoamistekniikoita ja valettua optiikkaa. Mahdollisuus kasvattaa tuotantoa ja alentaa yksikkökustannuksia.


 

 

Concept

MIREGAS-valonlähde on ohjelmoitava, monen aallonpituuden keskialueen infrapunalähde kaasuanturisovelluksiin 2,7–3,5 mikrometrin aallonpituusalueella.

MIREGAS-konseptissa optiset mittauskaistat valitaan integroidulla optisella piirillä laajakaistaisen (100 nanometriä) SLED-valonlähteen emissionspektreistä.

Integroitu optinen piiri sisältää suodatustoiminnon spektrikaistojen valitsemiseksi, kytkentä- ja modulointitoiminnon halutun kaistan tai haluttujen kaistojen kytkemiseksi ulostuloon tai valitun ulostulon moduloimiseksi sekä säätötoiminnon valittujen ulostulojen aallonpituuden säätämiseksi.

 


 

Child at a hospital

 

Tiesitkö, että Vaisala oli mukana varustamassa uutta lastensairaalaa Helsingissä? Tai, että Vaisala korjasi hyväntahdon eleenä hurrikaanin vahingoittamia mittauslaitteita Saint-Martinin saarella? Kaikki Vaisalan vuosiraportointiin liittyvät artikkelit on koottu yhdelle sivulle.