Von der Messung an Vulkanen zur technischen Anwendung

Ein faseroptischer Lasersensor, mit dem erfolgreich der Schwefelwasserstoffgehalt heißer austretender Gase an einem Vulkan gemessen werden konnte, soll nun für die Messung der Verbrennungsgase in einem Glasschmelzofen weiterentwickelt werden. Eine Forschungskooperation mit der Firma Genthe Glas in Goslar bewilligte jetzt das BMBF.

Die Arbeitsgruppe „Angewandte Photonik" um Professor Dr. Wolfgang Schade, TU Clausthal, hat einen faseroptischen Lasersensor entwickelt, mit dem der Schwefelwasserstoffgehalt heißer Gase in sogenannten Fumerolen, die in den Kratern von Vulkanen austreten, bestimmt werden können. Im letzten Jahr bestand das System seinen ersten Praxistest bei dem Vulkan Solfatra in Italien. Nun soll dieser Sensortyp für eine neue Problemstellung weiterentwickelt werden: Bei einem Glasschmelzofen der Firma Genthe Glas in Goslar den Verbrennungsprozess insitu und online erfassen. Das wirtschaftliche Einsparpotential einer optimierten Verbrennung wird auf rund 100.000 Mark pro Jahr und Ofen geschätzt. Über 500 Glasschmelzöfen gibt es in Deutschland.

„Herkömmliche Verfahren messen im Abgasstrom. Die Ergebnisse können durch von außen in den Kamin eingesaugte, sogenannte Falschluft, verfälscht sein. Wir werden mit unserem Faser-Lasersensor direkt im Ofen messen und Temperatur und Massenströme relevanter Gase wie Methan und Sauerstoff bestimmen“ erklärt Professor Schade. Dadurch soll zukünftig eine automatisierte, stöchiometrische Prozesssteuerung mit dem genannten Einsparpotential möglich werden.

Die hochauflösende Laser-Absorptionsspektroskopie im nahen und mittleren Infrarotbereich eignet sich sehr gut zum selektiven und empfindlichen Nachweis verschiedenster Molekülspezies und damit auch zur Analytik eines komplexen Gasgemisches. Der Nachteil der Methode: Eine Messung ist nur in optisch dünnen Medien, beziehungsweise solchen mit geringer Streuung möglich. Das ist aber in einem Glasschmelzofen nicht notwendigerweise der Fall. Die Clausthaler Wissenschaftler entwickeln daher einen speziellen faseroptischen Lasersensor, der Temperaturen bis zu 1500 °C standhält. Der verwendete Lichtleiter wird so modifiziert, dass er an einer Stelle absichtlich ein „Lichtleck“ besitzt. „Wie viel Licht die Faser nun an die Umgebung abgibt, hängt von dem Verhältnis des Brechungsindexes von Glasfaserkabel zum Umgebungsmedium ab. Das Verhältnis von Reflexionsanteil des Laserlichtes (an der Innenseite des Lichtleiters) zu den an die Umgebung abgegebenen Verlusten ändert sich je nach der gewählten Wellenlänge des Lasers und in Abhängigkeit vom umgebenden Medium. Daher kann aus Änderung der übertragenen Lichtintensität am Ende des Lichtleiters auf die Konzentration der umgebenden Gase zurück geschlossen werden“, berichtet Dipl.- Phys. Ulrike Willer, Doktorandin in der Arbeitsgruppe „Angewandte Photonik".

Die Entwicklung geeigneter miniaturisierter Laserlichtquellen und die notwendigen spektroskopischen Untersuchungen zur Bestimmung von Konzentrationen und Temperaturen werden von der TU Clausthal vorgenommen, die Elektronikentwicklung und der Systemaufbau erfolgen durch die Firma Systektum. Erprobt wird das Meßsystem in Zusammenarbeit sämtlicher Verbundpartner bei der Firma Genthe Glas in Goslar. Das Vorhaben ist auf drei Jahre angelegt und wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Weitere Informationen:
Dipl.-Phys. Ulrike Willer
Institut für Physik und Physikalische Technologien
TU Clausthal
Leibnizstrasse 4
38678 Clausthal-Zellerfeld
Germany
Tel. 05323/72-2280
Fax: 05323/72-3600

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

• http://www.pe.tu-clausthal.de/AGSchade/index.html