Onderzoek - ontwikkeling en innovatie

Van schatten naar meten: nieuwe sensortechnologie voor landbouwemissies

Niet langer werken met modellen en aannames, maar met directe metingen van gasemissies in veestallen. Dat is het doel van onderzoekers van het Trace Detection Laboratory van de Radboud Universiteit, die binnen het OnePlanet Research Centre samenwerken aan een innovatieve sensortechnologie op basis van fotonische chips. Voor het project – dat de naam Van Licht naar Inzicht draagt – is onlangs meer dan 6 miljoen euro subsidie toegekend door de Provincie Gelderland en het ministerie van Landbouw, Visserij, Voedselkwaliteit en Natuur.

(Afbeelding One Planet Research Centre)

De nieuwe sensor moet gassen als ammoniak, methaan en kooldioxide in stallen nauwkeurig kunnen meten. De fotonische chips, ontwikkeld door imec, worden bij het Trace Detection Laboratory getest en gevalideerd. Daarna worden ze geïntegreerd in een innovatieve meetsensor voor landbouwemissies. Praktijktesten vinden plaats op de faciliteiten van Wageningen University & Research.

Volgens projectleider Simona Cristescu, die al meer dan 25 jaar werkt aan lasergebaseerde gasdetectie, is de noodzaak groot. “Wereldwijd is er behoefte aan technologie waarmee je emissies in de praktijk kunt monitoren op basis van metingen in plaats van schattingen.”

Betrouwbaar onder alle omstandigheden
Het meten van broeikas- en andere milieubelastende gassen in veestallen is cruciaal voor dierenwelzijn, arbeidsveiligheid en natuurbescherming. Toch zijn emissiecijfers nu vaak nog gebaseerd op modellen. De Nederlandse overheid wil overstappen naar doelsturing: boeren krijgen emissiedoelen en bepalen zelf hoe ze die behalen, in plaats van voorgeschreven maatregelen te volgen.

Die aanpak vraagt om betrouwbare meetinstrumenten. Bestaande technologieën schieten tekort, vooral in open stallen en bij lage concentraties. Factoren als ventilatie, temperatuur en luchtvochtigheid zorgen bovendien voor sterk wisselende en ongelijk verdeelde emissies. Daarom werken onderzoekers en chipdeskundigen aan een uiterst gevoelig systeem dat ook in complexe en variabele omstandigheden nauwkeurig blijft meten.

Open-path spectroscopie en fotonische chips
Het Trace Detection Laboratory ontwikkelt al jaren technologie voor gasdetectie met behulp van laserabsorptiespectroscopie. Daarbij wordt laserlicht door een gas gestuurd; op basis van de hoeveelheid geabsorbeerd licht kan de concentratie worden bepaald.

De nieuwe stap is de combinatie van deze techniek met fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC’s), waarbij lasers direct op een chip worden geïntegreerd. Dat maakt compacte, robuuste en schaalbare sensoren mogelijk.

Daarnaast zetten de onderzoekers in op zogenoemde open-path infraroodspectroscopie. In plaats van op één meetpunt te meten, wordt langs een open traject gemeten. Zo ontstaat een ruimtelijk beeld van gasconcentraties in een hele stal, wat leidt tot representatievere en betrouwbaardere gegevens.

Breder toepasbaar dan de stal
De voordelen van PIC-gebaseerde sensoren zijn groot: meerdere gassen meten met één chip, stabiele prestaties onder wisselende omstandigheden en kostenefficiënte productie op grotere schaal.

Voor Cristescu gaat het project verder dan technologische innovatie alleen. Het draait ook om het vertalen van fundamenteel onderzoek naar praktische toepassingen. “We ontwikkelen multigas-sensoren die klaar zijn voor gebruik in het veld. Veestallen zijn de eerste toepassing, maar de technologie is ontworpen voor bredere inzet in milieumonitoring.”

Wat begint in de stal, kan daarmee uitgroeien tot een nieuwe standaard voor emissiemetingen.
Van aannames naar feiten. Van puntmetingen naar ruimtelijk inzicht. Van laboratoriumopstellingen naar robuuste sensoren in de praktijk.


Meer nieuws over Onderzoek - ontwikkeling en innovatie