Stallucht beter meten met fotonische chip

De techniek rond het realtime meten van stalemissies ontwikkelt zich rap. In de wens om voor milieudoelen van middelvoorschriften naar doelvoorschriften te gaan, met eventueel een afrekenbare stoffenbalans, moet er werkelijk worden gemeten wat de stalemissie is.

Goed meten en data juist interpreteren is niet eenvoudig. Dus zijn er vele pilots en testbedrijven actief met ammoniaksensoren en bijbehorende centrale gasverzamelleidingen om de stallucht af te zuigen en mengmonsters te nemen. Die kunnen de exacte stalemissies in kaart brengen en aangeven op welke plek en omstandigheid deze is gemeten.

Kanttekeningen

Een van de kanttekeningen bij deze techniek is dat de elektrochemische sensoren die hierbij over een langere periode worden gebruikt duur zijn, vaak moeten worden gekalibreerd en zoveel onderhoud vragen.

Veel proefmeetstations gebruiken de ammoniaksensor van bijvoorbeeld het merk Dräger en Doll. Elektrochemische sensoren kosten rond de 2.500 euro en optische sensoren met infrarood kosten soms tot 8.000 euro. Een compleet systeem met leidingen, buffervat, datalogger en software kan 20.000 tot 30.000 euro kosten.

Kwetsbaar voor drift

De sensoren zijn relatief groot, precies, maar ook kwetsbaar voor drift. Na enkele jaren verlopen de sensoren namelijk en vermindert de nauwkeurigheid. De kosten van herijken en onderhoud lopen op en de sensor moet na enkele jaren al worden vervangen.

De 24-jarige Rick Jongen ziet daardoor een gat een in markt. Hij studeerde bedrijfseconomie in Tilburg en draaide daarna mee bij HighTech XL in Eindhoven waar 'deeptech' start-ups worden ondersteund.

Daarna werkte Jongen mee in een project waarmee met glasvezeltechniek de vitale lichaamsfuncties van mensen werden gemeten. Deze techniek wilde hij gebruiken om ook rundvee te checken via slimme halsbanden. Maar het stikstofdossier en de milieuproblematiek zetten Jongen op een ander spoor: de fotonische ammoniaksensor, die werkt volgens dezelfde basisgedachte.

Kleiner en goedkoper

In de hightechindustrie rond de oude Philips-gebouwen in Eindhoven, waar ooit de cd en gloeilamp werden ontwikkeld, werken diverse bedrijven en start-ups al jaren aan een nieuwe generatie chips voor sensortoepassingen, die werken op basis van fotonica (licht). De fotonische chips worden gezien als een grote vooruitgang in hightech en beschouwd als 'het nieuwe goud' voor deze industrie.

Deze techniek overtroeft namelijk de huidige ammoniaksensoren die werken op basis van een chemische reactie, wat is te vertalen in een elektrisch spanningsverschil. De fotonische chips gebruiken lichtdeeltjes om de ammoniakconcentratie te bepalen. Deze chips zijn veel kleiner, robuuster, minder storingsgevoelig én ook goedkoper. Ook bestaan de chips uit minder losse componenten die stuk kunnen. Apparaten die ermee worden uitgerust, worden zo dus ook kleiner en sneller.

Investeren

De Nederlandse overheid, maar ook grote stimuleringsfondsen en bedrijven zoals de bekende chipfabrikant ASML investeren fors in deze ontwikkeling.

Jongen brengt deze ontwikkelingen bij elkaar en begon daarom op de HighTech Campus de start-up Spectrik. Dat bouwt een ammoniaksensor op basis van geïntegreerde fotonica. De sensor zou uiteindelijk vanaf 1.000 euro beschikbaar moeten zijn. Technisch is het ook mogelijk om deze sensor te ontwikkelen voor methaan (CH4), NOx, H2S en ethanol.

Jongen vond behalve bij HighTechXL samenwerking met bedrijven als PhotonDelta en VTEC Lasers en Sensors, die beide al vergevorderd zijn in het gebruik van deze techniek. Plan is om zo snel mogelijk een sensor praktijkrijp te hebben, te certificeren en op de markt te brengen.