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Messen der Luftqualität leicht gemacht

Um die Luftqualität unserer Innenräume zu verbessern, besteht ein wichtiger Schritt darin, eine Methode zu schaffen, um diese einfach messen und überwachen zu können. Das dreijährige EU-finanzierte Projekt IAQSENSE (Nanotechnology based gas multispectral sensing system for environmental control and protection) will genau das tun, indem es neue, auf Nanotechnologie basierende Sensorsysteme für die Überwachung der Raumluftqualität (RLQ) in geschlossenen Umgebungen entwickelt.

Industrielle Technologien

Diese Systeme werden die Zusammensetzung der Luft in Bezug auf sowohl chemische als auch biologische Verunreinigungen genau überwachen, ohne dass schwere, teure Geräte notwendig sind. Hierfür wurden sie mithilfe von drei patentierten Technologien entwickelt, von denen eine auf der Oberflächenmobilitätsdynamik von Ionen zur Trennung der einzelnen Gaskomponenten beruht. Diese Technologien machen die Systeme einerseits sehr empfindlich und selektiv, andererseits sind sie so vollständig integrierbar, kostengünstig und eignen sich für die Massenproduktion. Seit Projektbeginn im September 2013 wurden zwei Technologien entwickelt. Die erste betrifft die Überwachung der Raumluftqualität in Echtzeit mit selektivem Nachweis jeder Art von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und ihrer Konzentration. Diese VOC-Sensortechnologie besteht aus zwei Schaltkreisen: Zuerst entwickelte das Team ein Spektrometer auf einem Chip mit einer empfindlichen Oberfläche, die eine Affinität zu den zu erfassenden Molekülen aufweist. Diese Moleküle werden vorher ionisiert. Über diese empfindliche Oberfläche hinaus erzeugt eine Feldeffektvorrichtung einen dynamischen und wechselwirkenden Bereich, der die Ionen entsprechend ihrer Oberflächenmobilität verdrängt. Die gleiche Feldeffektvorrichtung erzeugt ein elektrisches Signal durch Wechselwirkung mit den Oberflächenladungen, die von ihrer Position abhängen. Zweitens wurde ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) entwickelt, der das Signal aus dem Spektrometer umwandelt und für eine digitale Verarbeitung sorgt, um die Muster, die den nachzuweisenden Molekülen entsprechen, zu extrahieren. Diese Technologie wird Mitte 2016 in Produktion gehen. Zu diesem Zweck wurden in Bezug auf die Technologie Verbindungen mit den Bau-, Elektro- und Lüftungstechniksektoren etabliert. Bis zum Ende des Projekts im August 2016 wird das Projektteam die Industrialisierung des Chip-Spektrometers abgeschlossen und für dessen Verwendung, die technische Unterstützung und Verbreitungsinstrumente gesorgt haben. Drei Märkte wurden für den VOC-Sensor ausgemacht: die Überwachung und Lüftungssteuerung von Gebäuden (Büros und Wohnungen), Fahrzeuge (Fahrer- und Fahrgastraum) sowie integrierte Sensoren in Smartphones. Claude Iroulart, Projektkoordinator von IAQSENSE, erklärt, dass sie sich auf die Anwendung in Gebäuden konzentrieren. „Unsere Industriekontakte eignen sich dafür“, sagt er. „Die beiden anderen Segmente erfordern andere Ansätze, Integrationstechnologien und Volumenbetrachtungen.“ Aber er glaubt, dass der Sensor einen echten Vorteil gegenüber vergleichbaren Produkten auf dem Markt hat: „Unser VOC-Sensor kann per Software programmiert werden und verfügt über eine intrinsische Selektivität. Auf diese Weise eignet er sich als Ersatz für eine Reihe von Stromsensoren und bietet bessere Selektivität und Empfindlichkeit.“ Die zweite von IAQSENSE entwickelte Technologie bietet eine Detektion von chemischen Bedrohungen und Sprengstoffen mit sehr niedrigen Nachweisgrenzen und eignet sich so sehr gut für verschiedene Sicherheitsanwendungen. Diese „Ausleger“-Technologie hat sich als sehr empfindlich und industriell reproduzierbar erwiesen. Iroulart erklärt, dass sie nach Partnern für die Weiterentwicklung dieser Technologie suchen, und in den nächsten Monaten soll die Marktfähigkeit des Auslegersensors mithilfe einer hochrangigen Partnerschaft über das IAQSENSE-Projekt hinaus demonstriert werden. Die wichtigsten Herausforderungen bei der Entwicklung sieht Iroulart in Überführung der Produkte von der Forschung auf die Vermarktung. „Wir entwickeln Sensoren in Form von Komponenten, die von Marktakteuren weiter in Sensorsysteme integriert werden können. Die größte Herausforderung bei der Entwicklung der Sensorsysteme besteht darin, die Verbindung zwischen Forschung und Industrialisierung für Massenmärkte sicherzustellen. Die wichtigste Herausforderung für die Vermarktung wird es sein, von einer forschungsorientierten Struktur auf eine vollständig kommerzielle und technisch unterstützte Organisation mit geeigneten Vertriebskanälen umzustellen.“

Schlüsselbegriffe

Luftqualität, Nanotechnologie, Raumluftqualität

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