La Fraunhofer-Gesellschaft (Alemania) está dando un paso decisivo para hacer que las aplicaciones con hidrógeno sean más seguras y rentables. En el proyecto conjunto RADIANT(Raman Atmospheric DetectIon And raNging Technology), tres de sus institutos trabajan en el desarrollo de un nuevo y compacto sistema Raman LiDAR para un análisis de gases flexible.
Este sistema está diseñado para detectar de forma fiable fugas de gas, especialmente de hidrógeno, a distancia, lo que supone un avance crucial para la seguridad en la creciente economía del hidrógeno.
Un desafío: la detección a distancia de un gas invisible
El hidrógeno es un elemento clave para la transición energética, pero su uso plantea desafíos únicos. Es incoloro, inodoro y carece de características de absorción óptica apreciables, lo que hace que una fuga sea prácticamente indetectable para los sentidos humanos sin la tecnología adecuada.
Por ello, la detección temprana y fiable desde una distancia segura es esencial en entornos como centrales eléctricas, plantas de producción, tuberías y estaciones de servicio de hidrógeno.
Aquí es donde entra en juego la tecnología Raman LiDAR: el sistema se basa en el principio físico de la dispersión Raman, un fenómeno en el que las moléculas de gas dispersan la luz de una manera única y característica, lo que permite identificar inequívocamente diferentes gases.
Simultáneamente, el sistema determina su posición mediante mediciones del tiempo de vuelo de la luz, proporcionando una localización espacial precisa. El gran desafío técnico reside en la debilidad de las señales ópticas resultantes, que a menudo se encuentran en el rango de fotones individuales, especialmente durante mediciones en exteriores y bajo una intensa luz solar.
Innovación clave: detección solar-ciega y flexibilidad molecular
Para superar estas limitaciones, el proyecto RADIANT introduce dos innovaciones fundamentales. En primer lugar, el sistema opera en el rango ultravioleta solar-ciego (UV-B y UV-C).
En estas longitudes de onda, la radiación de fondo solar es extremadamente baja, lo que permite realizar mediciones fiables incluso bajo la luz del día y aumenta drásticamente la sensibilidad del equipo.
En segundo lugar, a diferencia de los sistemas Raman LiDAR existentes, que suelen estar preconfigurados para detectar solo unas pocas moléculas específicas, RADIANT sustituye la división espectral basada en filtros por el uso de matrices de detectores lineales, que permite una mayor flexibilidad molecular, allanando el camino para una detección casi universal de diferentes gases sin necesidad de reconfigurar el hardware.
Para los operadores de instalaciones energéticas e industriales, esta tecnología abre nuevas posibilidades, ya que podrían realizar una monitorización continua de la infraestructura, especialmente en el contexto de una economía del hidrógeno en crecimiento.
Gracias a su flexibilidad molecular, puede detectar diferentes gases sin necesidad de preconfiguración para sustancias específicas, y al mismo tiempo, tiene como objetivo reducir significativamente el tamaño, la complejidad y el costo de los sistemas, lo que permitirá contar con soluciones compactas, móviles o instaladas de forma permanente para diversos escenarios de aplicación.
Sobre el proyecto
Tres institutos de la Fraunhofer-Gesellschaft aportan su experiencia especializada para hacer realidad esta tecnología:
Fraunhofer IMS (Instituto de Circuitos y Sistemas Microelectrónicos) en Duisburgo está desarrollando fotomultiplicadores de silicio retroiluminados (BSI-SiPM) con una sensibilidad UV mejorada. Un paso de desarrollo central es también el circuito de lectura para hasta 32 canales, que permite el procesamiento paralelo y rápido de todas las señales espectroscópicas, logrando por primera vez una alta resolución temporal y espectral.
Como enfoque complementario, Fraunhofer IAF (Instituto de Física del Estado Sólido Aplicada) está desarrollando una tecnología de detectores de gran área, de bajo costo y solar-ciega para su uso futuro en dispositivos de mano, lo que permitiría versiones portátiles del sistema.
Fraunhofer CAP (Centro de Fotónica Aplicada) en Glasgow, Reino Unido, lidera el proyecto y aporta su larga experiencia en el desarrollo de sistemas Raman LiDAR, centrándose en la detección fiable de gases a distancia y en la integración de todos los componentes en un sistema completo y práctico para su uso industrial.
El proyecto RADIANT es financiado por el programa Fraunhofer Joint Capability (JCAP) Building Programme. A largo plazo, los investigadores tienen como objetivo desarrollar demostradores que puedan transformarse en productos comercializables, contribuyendo así a una adopción más amplia y segura de la tecnología del hidrógeno en sectores como el transporte pesado, la generación de energía y la industria.
«Los detectores están específicamente optimizados para los requisitos de las mediciones Raman resueltas en el tiempo y permiten la detección de señales extremadamente débiles manteniendo una alta resolución temporal»
Dra. Maren Kasischke, responsable de industria en Fraunhofer IMS
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