Sensorik gegen Feinstaubbelastung Optischer Sensor misst Nanopartikel unter 0,2 Mikrometer

Forscher aus Österreich haben einen optischen Sensor entwickelt, der Nanopartikel unter 0,2 µm schnell detektieren kann. Gemessen werden die Partikel einzeln in der Luft oder im Abgas.

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Die Feinstaubbelastung zu senken ist im allgemeinen Interesse. Darunter auch die von Verbrennungsmotoren emittierten Nanopartikel. Ein Forscherteam der CTR Carinthian Tech Research in Villach und AVL List in Graz entwickelte einen hochpräzisen optischen Sensor, der selbst kleinste Nanopartikel unter 0,2 µm detektiert. Eine Größe, die von besonderem Interesse ist, denn je kleiner die Teilchen sind, umso schädlicher sind sie für den Menschen.

Durch einen maßgeschneiderten, simulationsgestützten Designprozess kann der Partikelsensor präzise kleinste Schadstoffe detektieren und mit dreifach erhöhter Dynamik messen. Gleichzeitig wurde die gesamte Stabilität und Regelung des Systems verbessert. Eine Anwendung findet die Entwicklung in der Abgasanalytik Produktlinie „APCplus“ von AVL, die seit Herbst 2016 am Markt verfügbar ist. Der Nanopartikelsensor wird sowohl in der automobilen Entwicklung als auch in der laufenden Überprüfung und Abgasmessung eingesetzt.

Nanopartikel messen ist schwierig

Unter allen Luftschadstoffen werden insbesondere Nanopartikel unter 200 nm erfasst. Deren Messung ist besonders schwierig und es sind präzise Sensoren notwendig. Dabei müssen die Nanopartikel in der Luft oder im Abgas einzeln und nicht als Summenparameter gezählt werden.

Die Nanopartikel werden dazu in eine übersättigte Atmosphäre geleitet. In dieser wirken sie als Kondensationskeime und erzeugen eine Art Nebel, dessen Tröpfchen einzeln gezählt werden können. Dabei müssen die wechselwirkenden thermischen, physikalischen und chemischen Prozesse perfekt aufeinander abgestimmt sein, um eine zuverlässige Partikeldetektion zu gewährleisten. „Wir haben am Computer ein umfangreiches 3-D-Simulationsmodell erstellt und mit experimentellen Daten verglichen. Die Herausforderung lag in der Komplexität des Messprinzips und den wechselseitigen Abhängigkeiten. Erst wenn man systemisch und umfassend forscht und entwickelt, wird das gesamte System verbessert“, erzählt Martin Kraft, CTR Forschungsleiter für photonische Systemtechnik.

Der Nanopartikelsensor bietet eine um 20 Prozent verbesserte Leistung. Damit lässt sich eine hohe Trennschärfe in Bezug auf den Durchmesser der Nanopartikel erhalten und die erhalten Messergebnisse liegen schneller vor. Der Nanopartikelsensor„APCplus“ wurde in Österreich entwickelt und gefertigt. Weitere Entwicklungen dieser Art sind geplant.

Abgasmessung am Auto

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