Perfezionare un sensore dell’aria gassosa
Il prof. Andreas Schütze del Laboratorio di tecnologia della misurazione (LMT) dell’Università di Saarland (Germania) coordina il progetto SENSINDOOR (Nanotechnology based intelligent multi-SENsor System with selective pre-concentration for Indoor air quality control), finanziato dall’UE, attivo da gennaio 2014 a dicembre 2016. Il suo obiettivo è sviluppare sistemi di sensori intelligenti basati sulla nanotecnologia per monitorare selettivamente i composti organici volatili (COV) per una ventilazione a richiesta in ambienti chiusi. In questa intervista il prof. Schütze discute i risultati raggiunti e potenziali del progetto fino a questo momento. Qual è il potenziale impatto della tecnologia di sensori sviluppata nell’ambito di SENSINDOOR? Il consumo di energia per il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell’aria (HVAC) negli edifici è stimato in quasi il 50 % del consumo primario di energia generale dei paesi industrializzati. È possibile ridurre considerevolmente questo consumo di energia tramite un migliore isolamento e una riduzione dello scambio di aria. Questo però aumenterebbe la concentrazione di cose come formaldeide, benzene e naftalene, emessi da fonti interne (mobili, tappeti, vernici, ecc.) negli edifici. Poiché passiamo oltre l’80 % della nostra vita in spazi chiusi questo avrebbe un enorme impatto sulla nostra salute, perché contribuirebbe a gravi malattie respiratorie e a una maggiore incidenza del cancro. Con una ventilazione a richiesta possiamo ridurre la concentrazione dei COV e così assicurare un ambiente interno più sano. Quali sono stati i principali risultati raggiunti da SENSINDOOR fino a questo momento? Il nostro progetto ha ottenuto risultati su tre livelli. A livello tecnologico, abbiamo sviluppato tecnologie di deposizione a laser pulsato per gli strati sensibili al gas da integrare in varie piattaforme di micro sensori e tecnologie per la deposizione di strati di strutture di metallo organico su micro piani di cottura per pre-concentratori. A livello dell’elemento sensore, sono stati sviluppati nuovi elementi sensori semiconduttori metallo ossido (MOS) (sensori di gas) e transistor a effetto di campo in carburo di silicio (sensibile al gas) (SiC-FET) con un’alta sensibilità per COV pericolosi e un microsistema integrato che associa sensore e pre-concentratore in un pacchetto compatto. Infine, a livello del sistema, abbiamo associato gli elementi sensore e pre-concentratore con sistemi di elettronica dedicata per funzionamento e lettura dinamici con algoritmi avanzati di valutazione dei dati per una sensibilità e selettività molto alte. Qual è secondo lei il risultato più importante ottenuto dal progetto fino a questo momento? Siamo riusciti a realizzare un microsistema integrato di sensore di gas che comprende un micro pre-concentratore per migliorare la sensibilità e la selettività del sistema di misurazione dei COV. Questo nuovo concetto è stato concepito durante la preparazione del progetto e sia la modellazione che i primi test sperimentali hanno verificato l’idea di base. La cosa più importante per noi è che questo microsistema integrato si può realizzare a basso costo e quindi è una soluzione realizzabile dal punto di vista commerciale che permette la misurazione selettiva dei COV desiderati a livello di parti per miliardo anche nel contesto di uno sfondo molto più grande di gas di interferenza. Quali sono i principali obiettivi/attività per la parte rimanente del progetto? Attualmente ci stiamo occupando di integrare tutti i diversi aspetti tecnologici in un singolo sistema dimostrativo che sarà testato completamente in condizioni controllate di laboratorio. Poi abbiamo in programma di fare dei test sul campo in almeno due diversi ambienti di applicazione, uno nelle scuole e uno in abitazioni private. Quali sono le principali difficoltà incontrate nel corso del progetto? Dal punto di vista tecnologico, la principale difficoltà è riunire tutte le diverse tecnologie e componenti in un sistema unico a basso costo e assicurare un funzionamento stabile in condizioni reali – funziona in laboratorio, ma gli ambienti reali sono molto più complessi e vari. Questo è particolarmente difficile per la calibratura che probabilmente dovrà essere fatta sul posto – al meno in parte – per tener conto del contesto locale. L’altra grande difficoltà è trasmettere il significato alla base dei valori di misurazione: la maggior parte delle persone non riesce a capire cosa significhi “x ppb di questo e y ppb di quello”. Anche se le misurazioni numeriche vanno bene per controllare la ventilazione, abbiamo anche bisogno di un’interfaccia utente intuitiva e semplice che fornisca informazioni alle persone. Questo però è un compito enorme che richiederà attività dedicate – in un altro progetto.
Paesi
Germania