Kleine sensor meet luchtvervuiling

Zweedse wetenschappers hebben een sensor ontwikkeld die het gehalte van stikstofdioxide in de lucht meet. Doordat ze klein en betaalbaar zijn, kunnen deze sensoren in grote aantallen worden opgehangen. Daarmee ontstaat een preciezer beeld van de ernst van luchtvervuiling in een gebied.

De sensor is ontwikkeld aan Chalmers University, een technische universiteit in Göteborg, in het zuidwesten van Zweden.

Het actieve gedeelte van de sensor is maar een paar millimeter bij een paar millimeter groot en werkt op basis van licht. In de sensor zit een lichtbron die zijn licht laat vallen op een oppervlak waar het een zogeheten plasmon opwekt. Hierbij raken de vrije elektronen bij een bepaalde frequentie in resonantie.
 

Nanodeeltjes

Die frequentie speelt een centrale rol in de werking van de sensor. Op het oppervlak van het chipje zitten namelijk metalen nanodeeltjes die zijn gecoat met een materiaal dat gevoelig is voor stikstofdioxide. Als NO₂-moleculen uit de lucht zich aan deze nanodeeltjes hechten, verandert de eerder genoemde resonantiefrequentie een klein beetje.

‘Deze verandering meet de sensor en hiermee kan hij de concentratie van NO₂ in de lucht berekenen’, zegt hoogleraar natuurkunde Christoph Langhammer van Chalmers University aan de telefoon vanuit Göteborg. De sensor kan al concentraties zo laag als enkele parts per billion (ppb) meten.
 

Zeecontainer

Het belangrijkste winstpunt van de nieuwe sensor is echter dat hij veel kleiner is dan de gangbare meetapparaten voor het bepalen van de NO₂-concentratie in de lucht. Die zijn vaak zo groot als een zeecontainer en kosten navenant veel. De precieze prijs van de sensor is nog niet bekend, wel is duidelijk dat deze ordegroottes lager ligt dan die van de ‘zeecontainers’.

‘Je wil graag op elke straathoek luchtvervuiling meten, maar dat lukt je niet met die grote dure meetapparaten. We hopen dat onze sensor dit wel mogelijk maakt’, aldus Langhammer. Wetenschappers willen graag meten hoe NO₂ zich door een stad verspreidt onder invloed van wind en andere weersomstandigheden, vervolgt hij. ‘Dat begrijpen we nog niet goed.’
 

In een verkeerslicht

De oorsprong van de sensor ligt in de laboratoria van Chalmers University, maar om hem tot een commercieel product door te ontwikkelen, werkten de onderzoekers samen met het bedrijf Insplorion, eveneens uit Göteborg. Dat hoopt de sensor dit najaar op de markt te brengen.

In de tussentijd loopt er een aantal tests. In Göteborg zit een exemplaar in een lantaarnpaal (zie foto), met als doel om midden in de stad de concentratie van NO₂ te meten. Ook hebben de onderzoekers een sensor geïnstalleerd op het dak van een groot winkelcentrum. Er zijn ook plannen om er meerdere op te hangen op de bouwplaats bij de aanleg van een spoortunnel onder de stad, om de invloed van zware machines op NO₂ in de lucht te bepalen.
 

Interessante oplossing

In Engeland gaan wetenschappers van de University of Sheffield de nieuwe sensoren in de praktijk testen. Zij gaan kijken of de nieuwe Zweedse sensor dezelfde waarden geeft als bestaande meetapparaten.

‘Er is een tekort aan kleine goed werkende stikstofdioxidesensoren op de markt. We vinden deze oplossing interessant en zijn dan ook erg benieuwd naar de resultaten’, zegt Martin Mayfield van de University of Sheffield in een persbericht.

De nieuwe sensor kan nu alleen de concentratie NO₂ meten, maar is aan te passen om andere gassen te detecteren. Daarvoor moeten de nanodeeltjes op het meetoppervlak een andere coating krijgen, waar het te meten molecuul zich aan hecht.
 

Ademhalingsproblemen

Stikstofdioxide, ofwel NO₂, is een gas dat ongezond is voor mensen en dieren. Het wordt gevormd in verbrandingsprocessen en is dus afkomstig van cv-ketels, de industrie en van de miljoenen auto’s, vrachtwagens, motoren en scooters die rondrijden. Adem je te veel NO₂ in, dan kun je ademhalingsproblemen krijgen, of andere aandoeningen van de longen, zoals bronchitis.

Openingsfoto: Insplorion