Multisensorsystem schützt Gesundheit und Umwelt
Mit dem Schließen der Fenster wird zum einen der Energieverbrauch eines Gebäudes reduziert, andererseits kann dies aber auch negative Folgen für die Gesundheit der dort lebenden oder arbeitenden Menschen haben. Grund hierfür sind Chemikalien, die aus Möbeln, Teppichen, Lacken und Reinigungsmitteln freigesetzt werden. Die Lösung ist nun eine kostengünstige, intelligente Lüftungsanlage, die Räume automatisiert und nach Bedarf mit Frischluft versorgt und sich auch für Standorte wie Büros, Schulen, Krankenhäuser, Wohnhäuser oder einzelne Räume eignet. Dieser Herausforderung stellte sich das Projekt SENSINDOOR (Nanotechnology based intelligent multi-sensor system with selective pre-concentration for indoor air quality control) und entwickelte ein Mikrosystem auf Basis von Nanotechnologien zur selektiven Überwachung gesundheitsschädlicher VOC und bedarfsgesteuerten Belüftung von Innenräumen. "Das hochempfindliche System detektiert gefährliche VOC, vor allem Benzol, Formaldehyd und Naphthalin in ppb-Konzentration (Partikel pro Milliarde) selektiv in der Raumluft und gleicht dies mit dem komplexen Hintergrund anderer organischer und anorganischer Gase ab", sagt Projektkoordinator Prof. Andreas Schütze. "Hierfür wurde die neuartige Technologie der Laserdeposition (Pulsed Laser Deposition, PLD) für gasempfindliche Schichten entwickelt, die auf zwei Mikrosensorplattformen integriert werden: MOS-FET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) und gassensitiven SiC-FET (Siliziumcarbid-Feldeffekttransistoren). Die Sensoren wurden mit selektiven Vorkonzentratoren aus metallorganischen Gerüstmaterialien (MOF) kombiniert, die auf Mikroheizplatten aufgelagert werden, welche die Zielgase absorbieren. Mit dem Mikrosystem, das neuartige Gassensoren und Vorkonzentratoren integriert, wird eine hervorragende Empfindlichkeit und Selektivität erreicht. Übersteigt die Konzentration eines oder mehrerer gefährlicher VOC einen bestimmten Grenzwert, wird automatisch das Ventilationssystem aktiviert und Frischluft zugeführt, um die Exposition zu verringern und gute Luftqualität zu gewährleisten. "Die Skalierung all dieser Technologien, insbesondere der Abscheidung der gassensitiven PLD-Schichten und Kalibrierung der Sensoren, zeigte, dass das System kostengünstig umsetzbar und somit eine wirtschaftlich durchführbare Lösung ist, So lassen sich in jedem Raum Luftqualitätssensoren für eine umfassende Steuerung der Belüftung installieren", erklärt Schütze. Die Forscher arbeiteten auch mit anderen Metrologieprojekten zusammen, um die Standardisierung bei VOC-Messungen voranzutreiben und verlässliche Standards und Vergleichsindikatoren für die einzelnen Sensorlösungen festzulegen. Die Normen sind für Nutzer vor allem deshalb wichtig, weil sie die Herstellerangaben kaum überprüfen können. Sie sind zudem eine Verbesserung gegenüber marktgängigen Sensoren, die die Raumluftqualität nur aus der Summe von VOC-Parametern ableiten. Die SENSINDOOR-Technologie kann zwischen gefährlichen und ungefährlichen VOCs unterscheiden. Schütze zufolge "könnten die Technologien, die wir für die selektive Messung von Gasen im ppb-Bereich entwickelt haben, auch für die Bereiche Lebensmittelsicherheit und Medizin von Bedeutung sein und etwa die Diagnose akuter Krankheiten vereinfachen oder der Krebsvorsorge dienen. Weiterhin kann die Arbeitssicherheit vor allem bei Benzolen erhöht werden, dessen Grenzwerte derzeit drastisch reduziert werden. Auch im Sicherheitsbereich könnten die Technologien eingesetzt werden, etwa zur Detektion von Sprengstoffen in öffentlichen Bereichen wie Bahnhöfen, Flughäfen und Marktplätzen. SENSINDOOR wird daher sowohl für Gesundheit und Sicherheit der EU-Bürger wie auch für mehr Komfort im eigenen Heim und am Arbeitsplatz sorgen.
Schlüsselbegriffe
SENSINDOOR, Raumluftqualität, selektive VOC-Detektion, gepulste Laserabscheidung, Metalloxid-Halbleiter, gassensitive SiC-FET, MOF, Vorkonzentrator
