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Forschung für den Mini-Messer

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:37 — abgelaufen

Dass Kohlendioxid aus einem geeigneten Speicher tief im Erdboden wieder an die Oberfläche gelangen wird, ist nach Experten-Meinung äußerst unwahrscheinlich. Zudem sollen künftige CO2-Lager lückenlos überwacht werden. Heutige Sensoren sind für diese Aufgabe aber entweder noch zu groß oder zu teuer.

In Wasser gelöstes Kohlendixoid. In der Lebensmittelproduktion werden CO<sub>2</sub>-Konzentrationen häufig mit optischer Messtechnik überwacht (Bild: Jörn Schulz, pixelio.de).Verschiedene Verfahren haben sich etabliert, um Gaskonzentrationen in der Luft zu bestimmen. So greifen Forscher etwa auf optische Messgeräte zurück, durch die ein Infrarotstrahl gesandt wird. Anhand der Stärke der Absorption, die dieser Lichtstrahl beim Durchdringen der Luft im Messgerät erfährt, lassen sich Rückschlüsse auf die vorhandene Gasmenge ziehen. Bei der Überwachung von CO2-Konzentrationen, zum Beispiel in der Lebensmittelproduktion, wird diese optische Messtechnik bereits seit einiger Zeit eingesetzt.

Wie die Verpressung von CO2 in einer Pilotanlage vor den Toren Berlins ausgiebig getestet wird, lesen Sie hier.

Um mit diesem Verfahren eine großflächige Überwachung von potenziellen CO2-Lagerstätten durchzuführen, vereint es aber noch nicht alle hierfür nötigen Eigenschaften. Angestrebt werden präzise und zuverlässig arbeitende Sensoren, die ausreichend robust für den Außeneinsatz und gleichzeitig preiswerter als heutige Modelle sind – eine anspruchsvolle ingenieurtechnische Aufgabe, zu deren Gelingen das GEOTECHNOLOGIEN-Projekt „CO2-Sensor“ beitragen will.

Durch Mehrfachreflexion auf Handy-Größe

„Um auch sehr geringe CO2-Konzentrationen in der Luft aufzuspüren, muss die Strecke, die der Infrarotstrahl im Messgerät zurücklegt, möglichst lang sein“, erklärt Professor Ralf Dudde, Projektleiter von „CO2-Sensor“. Diese Maßgabe widerspricht auf dem ersten Blick allerdings der angestrebten Miniaturisierung der Sensorsysteme. Ein Ausweg aus dem Dilemma ergibt sich, wenn man den Lichtstrahl nicht nur einmal, sondern gleich mehrfach durch die Messapparatur lenkt. „In einer so genannten White-Zelle wird das Licht durch eine Kammer geführt, an deren Wänden mehrere Hohlspiegel für eine Vielfachreflexion angebracht sind“, erläutert Dudde. Im Forschungsvorhaben, das der am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie beschäftigte Honorarprofessor koordiniert, sollen nun Verfahren für die Herstellung stark miniaturisierter Hohlspiegel entwickelt werden.

Prinzipieller Aufbau einer White-Zelle (Bild: Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie).Neben neuen Fertigungsmethoden für die Mikrospiegel bedarf es auch der Entwicklung von einfachen und dennoch präzisen Montageverfahren, die gewährleisten, dass Komponenten wie Infrarotlichtquelle, Infrarotdetektor und optische Filter in dem knappen Raum der Messeinheit ihren Platz finden. „Da von allen Komponenten zunächst neue Prototypen aufgebaut werden, müssen diese optischen Bestandteile alle einzeln vermessen und charakterisiert werden. Diese vorbereitenden Aufgaben werden einige Zeit in Anspruch nehmen“, umreißt Ralf Dudde die aktuellen Arbeitsschritte im seit September 2011 laufenden Projekt.

Nach dem Abschluss der Forschungstätigkeit im Jahr 2014 soll die Herstellung hochpräziser Geräte möglich sein, die etwa die Abmessungen von einem Handy haben. „Trotz deutlich kleinerem und robusterem Aufbau ist es unser Ziel, dass es diese Sensorsysteme mit der Genauigkeit von Laborgeräten aufnehmen können“, sagt Dudde. Eigenschaften, die an künftigen CO2-Speichern eine lückenlose Überwachung ermöglichen sollen: Auf der Grundlage von geografischen Modellen könnten solche Gebiete mit einem engmaschigen Netzwerk der Mini-Messer überzogen werden.

RD, iserundschmidt 03/2012


„CO2-Sensor“ ist Teil des GEOTECHNOLOGIEN-Forschungsschwerpunkts „Technologien für eine sichere und dauerhafte Speicherung des Treibhausgases CO2 III“. Die weiteren Projekte dieses Kernbereichs finden Sie hier.