Toen Matti Irjala als kind in de auto van zijn ouders door Finland reed om familie te bezoeken, zette zijn vader of moeder de luchtrecirculatie in de cabine aan als ze door bepaalde steden reden. De vieze geur van waterstofsulfide (H2S) en andere verbindingen omringden sommige industriële centra, en de verbindingen die deze in de lucht veroorzaakten waren niet goed voor de gezondheid.
Wanneer dr. Matti Irjala, nu directeur onderzoek en ontwikkeling bij Aeromon, tegenwoordig met zijn auto door dezelfde stad rijdt, maakt hij zich geen zorgen over de bescherming van zijn kinderen tegen de lucht om hen heen. Industriële installaties controleren de uitstoot strenger dan vroeger en de overheid houdt strengere regels aan voor chemische verbindingen die in de atmosfeer mogen worden uitgestoten. Ook zijn er bedrijven als Aeromon opgestaan die industriële bedrijven beter kunnen helpen bij het monitoren van de schadelijke chemische stoffen die op industriële locaties worden uitgestoten.
Aeromon monitort nu een breed scala aan emissies in de lucht, waaronder gascomponenten, deeltjes en geluid. Er moeten veel stoffen worden gemonitord, want stank wordt bijvoorbeeld zelden veroorzaakt door één enkele stof.
“We zijn begonnen met het meten van de gascomponenten die bij verbrandingsprocessen ontstaan. Sindsdien hebben we het onderzoek uitgebreid naar onwelriekende en broeikasgassen, afhankelijk van de behoeften van de klant. Tegenwoordig zoeken we ook naar andere industriële chemicaliën in de lucht, zoals gassen die bij koeling worden gebruikt”, zegt Irjala.
Snel groeiende belangstelling voor methaan en andere VOS
Tot de traditionele gereguleerde en gecontroleerde verbindingen behoren zwaveldioxide (SO₂) en stikstofoxiden (NOₓ), die kunnen leiden tot verzuring van land en water, alsmede ammoniak (NH₃), dat giftig is en tegelijkertijd kan leiden tot verzuring en eutrofiëring van de bodem.
De noodzaak om de opwarming van de aarde af te remmen, heeft de belangen van de klant uitgebreid tot meer dan het wettelijke minimum aan monitoring: alle relevante broeikasgasverbindingen (BKG) – koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄) en lachgas (N₂O, in de volksmond ook wel lachgas genoemd) – worden gemonitord en gecontroleerd. De aandacht is al gericht op CO₂ en CH₄, en nu richten de ogen zich op N₂O, omdat N₂O, ondanks een veel lagere mondiale uitstoot dan CO₂ of CH₄, een aanzienlijk krachtiger broeikasgas is.
VOC’s omvatten een breed scala van chemische stoffen
Een lijst van VOC’s in onze lucht is uitgebreid en omvat aromatische koolwaterstoffen zoals benzeen, en gechloreerde koolwaterstoffen zoals DDT en PCB’s. VOC’s omvatten ook alcoholen, glycolen en esters, die aanleiding geven tot veel van de geuren van bloemen en fruit.
Veel VOC-emissies zijn onschadelijk, maar andere zijn niet alleen schadelijk maar ook gevaarlijk; ze kunnen zich ophopen in het lichaam en leiden tot ziekten, zoals kanker. VOC’s dragen bij tot smog door de vorming van ozon op grondniveau na een reactie met stikstofoxiden in het zonlicht. Omdat VOS oplosbaar zijn in water, kunnen zij ook de grondwaterkwaliteit bedreigen.
Een groot deel van de VOS-emissies is afkomstig van onverbrande brandstofresten van voertuigen, terwijl een andere belangrijke bron chemische oplosmiddelen zijn. Daarom zijn bijvoorbeeld benzinestations en verffabrieken in EU-landen verplicht jaarlijks verslag uit te brengen over de VOS-emissies.
Het analyseren van de resultaten vereist complexe gegevensaggregatie
Nieuwe gasvormige verbindingen kunnen continu worden gemonitord omdat Aeromon de mogelijkheid heeft om naar behoefte snel nieuwe sensoren in zijn BH-12 meetplatform te integreren.
“We hebben een generieke interface gebouwd waarmee verschillende sensoren kunnen worden gecombineerd. Een belangrijk onderdeel van ons werk is de analyse van de gegevens van de sensoren.”
Bijna alle kleine sensoren die zijn ontworpen om VOC’s of geurstoffen te detecteren, worden opgezadeld met een groot aantal kruisgevoeligheden, wat betekent dat de sensoren op verschillende verbindingen reageren en niet alleen op de doelverbinding. Dit maakt de gegevensanalyse een uitdaging.
“Wij lossen het probleem op door in de meetsituatie verschillende sensoren op te nemen die reageren op de gecontroleerde verbinding. Ze reageren echter verschillend op andere verbindingen dan de gecontroleerde verbinding. Door de resultaten van verschillende sensoren te vergelijken, kan het algoritme van Aeromon de aanwezigheid van de gewenste verbinding nauwkeuriger bepalen”, aldus Irjala.
Gewoonlijk worden ongeveer 1-5 verbindingen tegelijk gemeten.
Klanten willen meestal 1-5 verbindingen per keer meten. Volgens Irjala kunnen echter maximaal 15-20 verbindingen per keer worden gemeten, afhankelijk van de gekozen sensoren.
Irjala benadrukt het belang van kennis van de luchtstroom. Het doel is metingen te verrichten in ideale windomstandigheden, maar kleine turbulenties – snelle veranderingen in de snelheid en richting van de luchtstroom – beïnvloeden altijd de resultaten. Bovendien kunnen chemicaliën van hetzelfde lek zich door hun gewicht anders gedragen in de lucht.
“Het begrijpen van de resultaten van weermetingen behoort ook tot de kerncompetentie van Aeromon”, legt Irjala uit.
PID-, NDIR- en TDLAS-sensorontwikkeling verbetert bewaking
Er worden verschillende sensoren gebruikt om verschillende verbindingen te meten. Deze ontwikkelen zich momenteel snel.
Volgens Irjala kunnen fotoionisatiedetectoren (PID’s) worden gebruikt om VOC’s te meten. In een PID verstrooien hoogenergetische fotonen moleculen tot positief geladen ionen. De ionen produceren een elektrische stroom die de signaalbron van de detector vormt. Hoe hoger de VOC-concentratie, hoe meer ionen er worden geproduceerd en hoe hoger de stroom.
Een PID is een efficiënte en goedkope detector die de aanwezigheid van meerdere gassen en dampen kan vaststellen. PID-detectoren leveren onmiddellijke metingen, werken continu en worden gewoonlijk gebruikt in draagbare handinstrumenten.
Evenzo wordt een niet-dispersieve infraroodsensor (NDIR) of een sensor die gebruik maakt van tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) gewoonlijk gebruikt voor het meten van onder andere ammoniak, distikstofoxide en methaan.
Zowel NDIR-spectroscopie als TDLAS zijn gebaseerd op de absorptie van licht bij een specifieke golflengte in aanwezigheid van een doelgas. Deze detectietechnologieën bestaan uit een lichtbron, een detector en een optische holte waarin het monstergas aan het licht wordt blootgesteld. De grootte van de absorptie bij een gasspecifieke golflengte wordt omgezet in een concentratie.
“De miniaturisering van deze technologieën heeft ons enorm geholpen om de componenten nauwkeurig te meten. Nu maken het gewicht, de prestaties en de betrouwbaarheid van deze sensoren de betrouwbare gegevensverzameling mogelijk waarnaar wij altijd op zoek zijn”, aldus Irjala.