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Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht so häufig vor – bisher. Denn seit einigen Jahren steigt die Methan-Konzentration. Um den Ursachen auf den Grund zu gehen, ist es wichtig zu messen, wo und in welcher Menge Methan in die Erdatmosphäre abgegeben wird.
Eine globale Erfassung der Emissionswerte mit hoher Auflösung ist mit der herkömmlichen Messtechnologie nicht möglich. Satellitengestützte Systeme nutzen derzeit das Sonnenlicht, um Methan aufzuspüren. Messen kann man daher immer nur auf der sonnenzugewandten Seite der Erde und bei wolkenfreiem Himmel. Die Licht-Absorption lässt Rückschlüsse auf die Moleküle zu, die in der Luft vorhanden sind.

Methan-Messung ist jederzeit und überall möglich
«Unser laserbasiertes Messsystem ist vom Sonnenlicht unabhängig, daher kann man damit jederzeit und überall messen», sagt Dr. Jens Löhring, der am Fraunhofer ILT in Aachen die neue Lasertechnologie mit entwickelt. «Ziel der Mission ist, den Klimawissenschaftlern genaue globale Daten zu Methanverteilungen zu liefern, mit denen sie ihre Klimamodelle füttern können. So ist es möglich, die Klimaentwicklung besser vorherzusagen.»
Dafür entwickeln die Wissenschaftler am Fraunhofer ILT einen Laser, der sehr präzise Einfrequenz-Lichtpulse auf die Erde senden kann. Auch hier zeigt die Licht-Absorption, ob und in welcher Konzentration Methan vorhanden ist – im Unterschied zu den Methanmessungen mit Hilfe von Sonnenlicht allerdings wesentlich genauer. Der Laserpuls lässt sich exakt auf die Absorptionslinie von Methan bei einer vorher festgelegten Wellenlänge einstellen. «Jedes Gas hat seinen spektralen Fingerabdruck. Es absorbiert bei bestimmten Wellenlängen besonders gut oder schlecht. Dabei ist es wichtig, dass andere Gase bei dieser Wellenlänge keine Absorptionslinie haben, damit die Messung nicht verfälscht wird«, erklärt Löhring. Der neue Laser ist ein wesentlicher Bestandteil des LiDAR-Systems (Light detection and ranging) an Bord von MERLIN.

Laser läuft wartungsfrei trotz hoher Beanspruchung
Damit der Laser im Weltall problemlos und wartungsfrei für die Missionsdauer von drei Jahren funktioniert, muss er Temperaturwechsel von minus 30 bis plus 50 Grad Celsius genauso unbeschadet überstehen wie starke Vibrationen. «Wir haben für den Laser optomechanische Bauteile, also Spiegelhalter, Linsenhalter etc., entwickelt, die diesen Anforderungen gerecht werden und ihre sehr genaue Einstellung bewahren.«
Eine weitere Herausforderung ist, die Luft in dem Gehäuse um den Laser rein zu halten. «Klebstoffe führen zu einer Kontamination der Luft. Winzige Teilchen lösen sich, lagern sich auf den Spiegeln ab und zerstören die Optik. Wir haben daher beim Aufbau des Lasers ausschliesslich gelötet und geschraubt – das ist eine völlig neue Technik, die das System zusätzlich robust macht und daher auch für zahlreiche Anwendungen in der Industrie und Fertigungstechnik interessant ist«, erklärt Löhring.
Das Projekt wird im Auftrag des Raumfahrtmanagements des Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt DLR durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi gefördert.

Das LIDAR-System für die MERLIN-Mission enthält alle Komponenten vom Pumplaser bis zur Frequenzkonversion in einem besonders kompakten und weltraumtauglichen Aufbau. © Foto Fraunhofer ILT, Aachen.

 

www.fraunhofer.de

Aktuell

ZHAW Science Week seit fünf Jahren: spannende Kurse für Jugendliche

Was ist in Chips drin? Haben Roboter Gefühle? Ist Rotkohl rot oder blau? Antworten auf diese und andere Fragen gibt die Science Week vom 6. bis 10. August 2018 an der ZHAW in Wädenswil. Ju- gendliche zwischen 12 und 15 Jahren werden zu Forscherinnen und Forschern und erleben Naturwis- senschaften hautnah. Dabei experimentieren sie selbst und setzen das Gelernte in die Praxis um. Die Science Week wird 2018 bereits zum fünften Mal durchgeführt.

Die ZHAW Science Week schreibt Erfolgsgeschichte. Das bunte Programm rund um Naturwi ssenschaften lockt seit 2013 jährlich rund 200 Jugendliche an. Sie erleben Hochschule hautnah und werden selbst zu For- schenden. Im Durchschnitt besuchen sie zwei bis drei Kurse. Vor zwei Jahren wurde die Science Week um zwei Angebote erweitert. Neu bekommen auch jüngere Geschwister im Alter zwischen 6 und 11 Jahren ei- nen Einblick in die Naturwissenschaften. Und mit dem «Girls-Only-Day» werden Mädchen angesprochen, die sich für die MINT-Disziplinen interessieren, aber in ihrem Kurs unter sich bleiben wollen.

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Agenda

Achema

ACHEMA

11. - 15. Juni 2018
Frankfurt am Main
Weltforum und Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

www.achema.de

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

7.Juni 2018

 

Sählihof, Riggenbachstrasse 8, Olten

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

Veranstalter: Contrec AG

Tel 0447463220

Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

https://www.contrec.ch/seminar-gase-regeln

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ILMAC Lausanne

ILMAC Lausanne

3. und 4. Oktober, 2018
Expo Beaulieu Lausanne
für die frabzösischsprachige Schweiz
Platforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

ilmac.ch/lausanne

 

IFAS 2018

 

IFAS 2018

23.-26. Oktober 2018
Messe Zürich
Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

www.ifas-messe.ch