Laser zum Messen von Umweltverschmutzung
Es ist nicht verkehrt, wenn man behauptet, dass die Forschung zur Lasertechnologie boomt. Nach und nach entstehen immer mehr Anwendungsformen, von denen sich früher kaum jemand den Einsatz von Laser-Strahlen vorstellen konnte. Heute erfahren Sie in unserer Reihe von Blogbeiträgen etwas zur Messung von speziellen Gasen.
Die Lasertechnologie hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte gemacht und bietet nun leistungsstarke Werkzeuge zur Analyse von Treibhausgasen und Partikeln in der Atmosphäre. Diese Entwicklungen ermöglichen eine präzisere und schnellere Umweltüberwachung, was zu effektiveren Warnsystemen und einem besseren Verständnis des Klimawandels führt.
Lidar (Light Detection and Ranging)
Diese Kerntechnologie sendet Laserimpulse aus und misst das zurückgestreute Licht, um die Entfernung und Konzentration von Partikeln und Gasen zu bestimmen. Diese Technik ermöglicht die hochauflösende Detektion und Entfernungsmessung von Wolken und Aerosolschichten. Dazu lassen sich atmosphärische Zustandsparameter erfassen und die Konzentration von Spurengasen wie Ozon, Stickoxide, Schwefeldioxid und Methan bestimmen. Das differentielle Absorptions-Lidar (DIAL) kann spezifische Gase wie Ozon, Methan und andere Treibhausgase mit hoher Genauigkeit messen.
Diese spezielle Lidar-Technik nutzt zwei Laserpulse unterschiedlicher Wellenlängen, um die Konzentration spezifischer Gase zu messen. Eine Wellenlänge wird so gewählt, dass sie vom Zielgas absorbiert wird (Online-Wellenlänge), die andere nicht (Offline-Wellenlänge). So lässt sich anhand der Rückstreu-Signale das Konzentrationsprofil des Gases berechnen.
TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)
Die Verfeinerung der LIDAR Technik ist das TDLAS. Bei dieser Form der Spektralanalyse wird eine spezielle Laserdiode verwendet, um die Absorption von spezifischen Gasen zu messen. Durch Variation des Stroms oder der Temperatur der Laserdiode kann die Frequenz der Emissionen der Diode angepasst werden, um die Absorptionslinien der Zielgase zu treffen. Damit hat man sozusagen ein umschaltbares Messinstrument geschaffen. Dieses Verfahren ermöglicht die genaue Bestimmung von Gaskonzentrationen und findet Anwendung in der Umwelttechnik zur Bestimmung von Schadstoffkonzentrationen sowie bei der Analyse der Erdatmosphäre.
Die Forschung konzentriert sich derzeit auf die Entwicklung kompakter und kostengünstiger Lidar-Systeme zur Messung von Ozon in der Troposphäre und der Stratosphäre. Dazu wird man die Technik auch ins All verlagern. Die deutsch-französische Satellitenmission MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) wird ein IPAD-Lidar (Integrated Path Differential-Absorption Lidar) verwenden, um die Methankonzentration in der Atmosphäre zu messen. Der Start ist für 2028 geplant.