Das milliardste Teilchen messen
Gassensorik
Bei der BAM werden im Labor chemische Farbstoffe, die auf Gase reagieren, erforscht. Dr. Jürgen Bartelmeß macht den Fluoreszenz-Effekt mit einer UV-Lampe sichtbar.
671.000 Tonnen Ammoniak stieß Deutschland im Jahr 2013 aus – zu viel, wenn es nach der EU-Richtlinie für nationale Emissionshöchstmengen geht (National Emission Ceilings Directive, kurz NEC). Denn die Höchstmenge des vor allem bei der Massentierhaltung entstehenden und stark umweltschädigenden Gases für Deutschland liegt bei 550.000 Tonnen. Die Europäische Union strebt in den kommenden Jahren noch niedrigere Höchstwerte an.
Empfindlichere Sensoren als bisher notwendig
Um den Ausstoß von Ammoniak langfristig zu senken, müssen die konkreten Gründe und Quellen für die hohen Emissionen ermittelt und Gegenmaßnahmen entwickelt werden. Dafür sind Sensoren notwendig, die Ammoniak in der Luft in noch niedrigeren Konzentrationen messen können als bisher. Benötigt werden Sensoren, die ein Molekül Ammoniak auf eine Milliarde Moleküle in der Luft messen können.
Im Projekt KonSens (Kommunizierende Sensorsysteme für die Bauteil- und Umweltüberwachung) arbeitet ein Team um Dr.-Ing. Matthias Bartholmai an Sensoren, die diese Aufgabe erfüllen können. Fluoreszenzbasierte Sensoren nutzen die spezifische Lichtemission eines Farbstoffs. Kommt das zu messende Gas an den Farbstoff, ändert sich die Lichtemission und wird durch den Sensor festgestellt.
Die BAM Wissenschaftler erforschen die Verwendung dieser fluoreszenzbasierten Sensoren zur Messung von umweltschädigenden Gasen wie Ammoniak, aber auch Schwefelwasserstoff oder Ozon. Ziel ist es, verschiedene Gase in noch geringeren Konzentrationen als bisher messen zu können.
Effiziente Messung durch mobilen Einsatz
Die BAM arbeitet aber nicht nur an der Empfindlichkeit der Sensoren, sondern auch an ihrer effektiven und maßgeschneiderten Anwendung. Die Sensoren sollen kleiner und mobiler werden, sodass sie auch in eine Trägerplattform – zum Beispiel eine Flugplattform – eingebaut werden können. Im Bedarfsfall könnten dann Messungen ferngesteuert durchgeführt werden. So trägt das Projekt KonSens dazu bei, in Zukunft größere Einsatzgebiete noch genauer untersuchen zu können und gleichzeitig die Ursachen der Gasemissionen besser einzugrenzen.
Dr. Jürgen Bartelmeß mit dem Fluoreszenz-Spektrometer zur Analyse von Proben: Die im Labor hergestellten Materialien werden in Gassensoren eingesetzt.
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Dr.-Ing. Matthias Bartholmai
Die BAM ist eine wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde
im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.
