Neue Messtechnik für Stickstoffverbindungen kann Motoren vorbeifahrender Autos unterscheiden

30. Oktober 2015, 17:56
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Kurze Laserimpulse ermöglichen schnelle und genaue Messung

Wien – Forscher der Technischen Universität Wien haben eine Technik entwickelt, mit der sie den Stickoxid-Anteil in der Luft schnell und genau bestimmen können. Mittels extrem kurzer Laserimpulse lasse sich der Anteil von Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) sogar so detailliert messen, dass auf den Motor eines vorbeifahrenden Autos geschlossen werden kann, heißt es seitens der Uni.

Die neue Technik basiert auf der Tatsache, dass jedes Molekül auf Licht einer bestimmten Wellenlänge sozusagen "anspringt" – also dadurch zum Schwingen oder Rotieren gebracht wird. Welche Wellenlängen auf diese Weise absorbiert werden, ist je nach Molekül unterschiedlich. Das gilt auch für die zu den wichtigsten atmosphärischen Schadstoffen zählenden Stickoxide, die sauren Regen und Sommersmog verursachen, die Umwelt und die Gesundheit schädigen.

Die Methode

Auf Basis eines Quanten-Kaskaden-Lasers, der Lichtpulse mit genau den richtigen Wellenlängen und hoher Intensität aussenden kann, entwickelte das Team um Bernhard Lendl vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien den neuen Ansatz. Zwei verschiedene Laser, jeweils maßgeschneidert für NO und NO2, kommen zum Einsatz. Das Licht kann über eine offene Strecke zu einem auch mehrere hundert Meter entfernten Spiegel geschickt werden. Dort wird es reflektiert und von einem hochempfindlichen Detektor gemessen. Je nachdem auf wie viele Stickoxid-Moleküle das Licht auf seinem Weg trifft, verändert sich dessen Intensität. Aus diesen Informationen kann direkt auf die Konzentration der gesuchten Moleküle in der Luft geschlossen werden.

"Bei den meisten anderen Messmethoden müssen die Gase zuerst aufbereitet werden, eine unabhängige Detektion von NO und NO2 ist daher kaum möglich", erklärte der TU-Forscher Johannes Ofner. Aufgrund der Tatsache, dass die neue Methode mit sehr vielen Lichtpulsen pro Sekunde arbeitet, habe man viele Messwerte zur Verfügung, was die Genauigkeit erhöht. Auch die Veränderung der Stickstoffkonzentration im Laufe der Zeit lasse sich genau ablesen.

Praxistest

Wie genau ihre Technik ist, testete das Forschungsteam im Straßenverkehr in der Wiener Innenstadt. "Das Verhältnis von NO- zu NO2-Ausstoß kann von Motor zu Motor stark unterschiedlich sein. Wir können neben der Straße messen und bloß anhand der Laser-Absorption sagen, welches Auto gerade vorbeigefahren ist", so Lendl.

Da die Methode im Prinzip auch zur Messung anderer kleiner Moleküle eingesetzt werden könne, führen die Forscher bereits Gespräche mit der steirischen Antriebstechnik-Firma AVL List. Auch eine Überwachung des Schiffsverkehrs wäre möglich. Lendl: "Gerade Schiffe verwenden manchmal Treibstoffe, die zu recht schmutzigen Abgasen führen. Mit unserer Technik könnte man etwa quer über die Donau messen und den Schadstoffausstoß überwachen." (APA, red, 30. 10. 2015)

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