211

5. Anwendung der In-situ-Infrarotspektroskopie zur Minderung von
Schadstoffemissionen
Der nachhaltige Ressourceneinsatz und die konsequente Reduktion anthropogener
CO2-Emissionen wird in den kommenden Jahrzehnten eine zunehmend wichtigere
Aufgabe für Politik und Forschung. Insbesondere durch den beschlossenen Ausstieg
aus der nuklearen Energieumwandlung ist die Frage nach neuen Wegen zur CO2-Ein-
sparung hochaktuell. Unter diesen Aspekten ist die intensive energetische Nutzung
von Abfällen und die Maximierung der Konversionseffizienz fossiler Feuerung z. B. in
modernen Erdgas-GUD-Kraftwerken, aber auch in den die Energieversorgung noch
dominierenden Kohlekraftwerken von besonderem Interesse. Für diese Aufgabe ist
eine berührungsfreie Diagnostik erforderlich, die eine effektive Kontrolle und Opti-
mierung der Verbrennungsvorgänge zur Reduzierung der Schadstoffemission ermög-
licht.
Mitglieder der Kommission:
die ordentlichen Mitglieder der Akademie Gerhard Fritz, Hans-Georg v. Schnering;
das korrespondierende Mitglied Peter Fromherz.
Leiter der Forschungsstelle: Prof. Dr. Jürgen Wolfrum.
Mitarbeiter: Dr. Andreas Schulz, Dipl.-Chem.
Die für die Diagnostik von Verbrennungsprozessen im Rahmen dieses Vorhabens ent-
wickelte in-situ Absorptionsspektroskopie mit Nahinfrarot-Diodenlasern eröffnet ein
weiteres Einsatzfeld. Neben den neuen Möglichkeiten der Prozessgasanalytik in indu-
striellen Anlagen konnten die Anwendungen weiter ausgedehnt und diversifiziert
werden. Über den Nachweis der Hauptkomponenten der Verbrennungschemie hinaus
wurde die Detektion von atomaren Komponenten weiter intensiv verfolgt. Von beson-
derem Interesse für neuere Fragen der Umweltanalytik ist aber auch der probe-
nahmefreie Nachweis von Spurengasen in der freien Atmosphäre und der höchstemp-
findliche extraktive Gasnachweis. Besonders wichtig ist dabei der bisher nicht mögli-
che optische Nachweis von Sauerstoff, aber auch die Detektion von Kohlenwasser-
stoffen im ppb-Bereich. Schließlich wird mithilfe schnell gepulster NIR-Diodenlaser
in Kombination mit geeigneten Fluoreszenzfarbstoffen als Reportermoleküle der
homogene in-situ Nachweis bestimmter Substanzen für medizinisch-diagnostische
Analysen bis zur Einzelmolekülempfindlichkeit ermöglicht.
In den bisherigen Arbeiten wurde als Schwerpunkt die in-situ Detektion der Majo-
ritätsspezies von Verbrennungsprozessen (Methan, Sauerstoff, Kohlendioxid und
Wasser) sowie die Messung der Temperatur zur Überwachung und Regelung groß-
technischer Prozesse entwickelt und unter realistischen Bedingungen in unterschiedli-
chen Kraftwerken erprobt. Dabei ergab sich bei den bisherigen PC-gestützten Mess-
systemen das Problem, dass nur 10 % der verfügbaren Absorptionsprofile erfasst wer-
den konnten und somit nicht die maximale Empfindlichkeit erreicht werden konnte.
Außerdem wurden bei sich sehr schnell ändernden Störungen Fehler in Kauf genom-
men, die durch die dann nicht zulässige Mittelung von Absorptionsprofilen hervorge-
rufen wurden. Zur lückenlosen Aufzeichnung des Signals wurde deshalb an der For-
schungsstelle ein DSP-gestütztes Diodenlaserspektrometer entwickelt und gebaut.
Die neu entwickelte Elektronik besteht aus zwei Prozessoren, die sich die Aufgaben