Bakhram Gaynullin utvecklar smartare gassensorer för att mäta metan

Metan är en av de mest kraftfulla växthusgaserna och har en betydligt större effekt på den globala uppvärmningen än koldioxid på kort sikt. CO₂ mäts rutinmässigt med väletablerad teknik, men metan är fortfarande svårare att spåra på ett tillförlitligt sätt. En anledning är att metanets infraröda absorptionsspektrum överlappar med vattenånga, som finns nästan överallt i våra naturliga miljöer.

I sin doktorsavhandling förfinar och utökar Bakhram Gaynullin kapaciteten hos NDIR-teknik (nondispersive infrared). Denna teknik, som redan används industriella och miljömässiga, anses vara kostnadseffektiv och kräver minimalt underhåll. Den har dock en stor begränsning – den har svårt att skilja mellan gaser som absorberar ljus vid samma infraröda våglängder.

Ett sätt att upptäcka metan

– Sensorer som förlitar sig på standardtekniken NDIR uppskattar gaskoncentrationer baserat på absorption inom specifika optiska band. Som ett resultat av detta kan de inte selektivt kvantifiera målgasen när dess absorptionsspektrum överlappar det för andra gaser. Metan och vattenånga är ett perfekt exempel på detta, säger Bakhram Gaynullin.

För att övervinna denna utmaning utvecklade han ett nytt flerkanaligt sensorsystem. En kanal mäter den kombinerade absorptionen av metan och vattenånga, medan en andra kanal är särskilt utformad för att isolera signalen från vattenånga. Dessutom fungerar en tredje kanal som en referens – känd som nollkanalen – inställd på en våglängd där ingen av målgaserna absorberas. Genom att jämföra signalerna från dessa tre kanaler kan systemet exakt beräkna den verkliga metankoncentrationen, även i fuktiga miljöer

– Det är som att subtrahera vattensignalen från den totala mätningen som ger oss den verkliga metanavläsningen", förklarar han.

Som en del av sin doktorsavhandling, som utfördes på företaget Senseair, designade och konstruerade Bakhram Gaynullin ett komplett test- och kalibreringssystem. Han tog sedan med sig systemet ut på fältet för verkliga försök, bland annat på kogårdar i Lettland och kustnära miljöer. Varje testcykel gav nya insikter och förbättringar.

– Det ligger mycket teknisk utveckling bakom. Det är en ständig process av att designa, testa, utvärdera och sedan göra om allt igen, säger han.

Tillämpningar inom klimatövervakning och industri

Implikationerna av hans arbete sträcker sig långt bortom det akademiska intresset. Från arktiska våtmarker till biogasanläggningar blir det allt mer angeläget att övervaka metanläckor mer effektivt – inte bara för att skydda klimatet, utan också för att skydda och följa regelverken. Bakhram Gaynullins forskning kan bidra till att göra tillförlitlig metanavkänning mer tillgänglig och skalbar.

– För närvarande saknas kostnadseffektiva instrument för tillförlitlig metanavkänning under miljöförhållanden. Sådana verktyg är viktiga för noggrann övervakning av metankoncentrationer i atmosfären och för effektiv läckagedetektering i olika tillämpningar, säger han.

Hans sensordesign tar också hänsyn till tillverkningsbarheten från början, en fördel med att arbeta nära industrin under hans doktorandtid. 

– Man funderar på om en ny lösning kan tas fram och implementeras direkt. Det är en bra kombination av vetenskap och praktisk utveckling, säger han.

Bakhram Gaynullin började sin karriär som ingenjör och forskare i laserfysik i en av republikerna i det forna Sovjetunionen, numera den självständiga staten Uzbekistan. Efter att ha flyttat till Sverige arbetade han inom solenergisektorn innan han började som industridoktorand på Senseair, ett företag som specialiserat sig på gasavkänningsteknik.

Välkommen till Bakhram Gaynullins försvar av sin doktorsavhandling:

Implementering av NDIR-teknik för selektiv avkänning av gaser med gemensamma absorptionsspektra
Försvarsdatum: 10 juni 2025, kl. 10:00
Plats: Sal O102, Mittuniversitetet (campus Sundsvall) och via Zoom. 

Läs mer