La tecnología lidar, desarrollada por Lincoln Laboratory y comercializada por Bridger Photonics, permite detectar fugas de metano en la industria del gas, mejorando la eficiencia y seguridad energética en EE. UU.
La industria energética de Estados Unidos enfrenta pérdidas significativas cada año, con un 3 por ciento de su producción de gas natural, equivalente a 1.000 millones de dólares, que se escapan debido a infraestructuras defectuosas. Sin embargo, gracias a la tecnología lidar especializada, ahora es posible detectar, visualizar y medir estas fugas de metano utilizando aeronaves pequeñas.
Este innovador sistema lidar ha sido desarrollado por Bridger Photonics, una destacada empresa en el ámbito de la detección de metano ubicada en Bozeman, Montana. La clave del éxito radica en un amplificador óptico creado por el MIT Lincoln Laboratory, que mejora significativamente la capacidad del sistema al ser entre 10 y 50 veces más efectivo que otros sensores remotos disponibles en el mercado.
Paul Juodawlkis, pionero en la tecnología del amplificador SCOWA, destaca que este sensor capaz de operar desde drones es un claro ejemplo del impacto positivo que puede tener la investigación del laboratorio en aplicaciones comerciales. Actualmente, esta tecnología está siendo adoptada ampliamente, incluyendo a nueve de los diez principales productores de gas natural en Estados Unidos. Según Pete Roos, fundador y director de innovación de Bridger, «mantener el gas dentro de las tuberías beneficia a todos: ayuda a las empresas a comercializar el gas, mejora la seguridad y protege el medio ambiente».
En 2014, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) buscaba una solución económica y precisa para detectar fugas de metano. Este gas, altamente inflamable y contaminante, se transporta a través de una extensa red de tuberías en todo el país. En respuesta a esta convocatoria, Bridger presentó una propuesta que resultó en financiamiento para desarrollar un lidar aéreo pequeño y sensible.
El lidar aéreo utiliza luz láser dirigida hacia el suelo y mide la luz reflejada que regresa al sensor. La idea era combinar la cartografía topográfica con mediciones de gas; dado que el metano absorbe luz en longitudes de onda infrarrojas específicas (1.65 micrones), operar un láser en esa frecuencia permitiría detectar plumas invisibles y medir tasas de fuga.
Roos menciona que «este láser fue uno de los elementos más difíciles de perfeccionar», ya que necesitaban un láser con características específicas para emitir con potencia suficiente desde altitudes útiles. A través de conexiones mutuas, Bridger fue presentado a una tecnología del Lincoln Laboratory para amplificar señales láser: el SCOWA. Aunque nunca antes habían trabajado con SCOWAs a 1.65 micrones, creyeron que podían adaptar su tecnología existente para lograrlo.
Desde hace mucho tiempo, Lincoln Laboratory se posiciona como líder en tecnología láser semiconductora y emisores ópticos. En 1962, fue uno de los primeros laboratorios en demostrar el uso del diodo láser, hoy ampliamente utilizado en todo el mundo. Varias empresas derivadas han comercializado innovaciones surgidas del trabajo del laboratorio.
A principios de los años 2000, Juodawlkis y Plant identificaron la necesidad de un amplificador óptico semiconductor potente y estable para mejorar los sistemas lidar y las comunicaciones ópticas. Así nació el concepto SCOWA (amplificador óptico acoplado por slab), financiado inicialmente por la cartera interna del laboratorio destinada a inversiones tecnológicas.
«Desarrollamos un amplificador óptico semiconductor que era diez veces mejor que cualquier otro demostrado antes», afirma Plant. Esta tecnología ha permitido aumentar significativamente la potencia óptica mediante interacciones con electrones dentro del material semiconductor.
El Gas Mapping Lidar fue lanzado comercialmente en 2019 y ese mismo año recibió un Premio R&D 100, reconociendo su carácter revolucionario en el mercado.
A día de hoy, Estados Unidos lidera como el mayor proveedor mundial de gas natural, impulsando así el crecimiento del mercado relacionado con la detección del metano. Bridger Photonics utiliza su Gas Mapping Lidar para ofrecer servicios a nivel nacional, montando sensores tanto en aviones como drones para localizar fugas a lo largo toda la cadena de suministro.
Bajo la dirección del gobierno estadounidense, Lincoln Laboratory sigue buscando socios industriales para transferir tecnologías relacionadas con SCOWA y circuitos integrados fotónicos que podrían avanzar en áreas como computación cuántica y detección avanzada.
"Lincoln Laboratory es un recurso nacional para la tecnología emisora óptica semiconductor," concluye Juodawlkis.