Intelligenter, mobiler und energieeffizienter Treibhausgassensor
Da mit dem Klimawandel das Risiko extremer Wetterereignisse höher ist, ist es dringend erforderlich, die dazu beitragenden Treibhausgase, insbesondere Kohlendioxid, Distickstoffoxid und Methan, zu überwachen. Die von vielen nationalen Behörden eingesetzten Emissionsüberwachungssysteme sind zwar hochempfindlich und können zwischen verschiedenen atmosphärischen Gasen unterscheiden, aber in der Regel komplex, sperrig und teuer. Folglich werden sie hauptsächlich als statische Orientierungspunkte eingesetzt, die nur an wenigen bestimmten Orten installiert sind. „Um ein umfassenderes Bild zu erhalten, wäre eine beträchtliche Anzahl solcher Emissionsüberwachungssysteme nötigt, die große Gebiete abdecken“, kommentiert Albert Romano-Rodriguez (Website auf Spanisch), Projektkoordinator des Projekts NEOGAS, das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanziert wurde. Um die Möglichkeiten für Behörden und Sachverständige zu erweitern, hat NEOGAS einen Konzeptnachweis für ein energiesparendes Gasmessgerät entwickelt, mit dem die Funktionen des Internets der Dinge (IoT) für die Prognosemodellierung genutzt werden. „Obwohl noch Verbesserungspotenzial vorhanden ist, waren wir besonders zufrieden damit, dass unser Gerät bis zu einige Wochen funktionstüchtig blieb und immer noch Gasmessungen durchführte“, fügt Romano-Rodriguez von der Fakultät für Elektro- und Biomedizintechnik der Universität Barcelona, an der das Projekt durchgeführt wurde, hinzu.
Ein hochwirksames Gerät entwickeln
Die Messvorrichtung des Projekts wurde aus einem hochporösen, leitfähigen Polymer hergestellt, das als metallorganisches Gerüst bekannt ist und dessen elektrischer Widerstand sich – bei Raumtemperatur – ändert, wenn es Gasen ausgesetzt wird. Die Fakultät für Elektro- und Biomedizintechnik synthetisierte den Werkstoff, bereitete den Bauelement (Widerstand) vor und testete dann das Gerät durch Messung seines elektrischen Widerstands, wenn es Kohlendioxid und Methan – den wichtigsten Treibhausgasen – ausgesetzt wurde. Um die Geräte zu überprüfen, wurden die Sensoren in gasdichten Prüfkammern untergebracht. Nachdem Einleitung der zu untersuchenden Gase oder Gasgemische wurde der elektrische Widerstand des Sensors gemessen. „Die Veränderungen im Widerstand des Geräts wurden bei Methan- und Kohlendioxidkonzentrationen aufgezeichnet, die unter den tatsächlichen Werten in der Luft lagen, was die Wirksamkeit unseres Konzepts beweist“, bemerkt Romano-Rodriguez.
Die Funktionalität des Internets der Dinge wird zu einer fortgeschrittenen Modellierung verhelfen
Im Rahmen des globalen Klimaüberwachungsmechanismus muss die Europäische Kommission einen jährlichen Fortschrittsbericht vorlegen, weshalb sich Innovationen wie das NEOGAS-Sensorgerät als unverzichtbar erweisen könnten. Trotz der vielversprechenden Laborergebnisse müssen zunächst einige weitere Schritte unternommen werden, damit das NEOGAS-Gerät sein volles Potenzial entfalten kann. Die Kombination von Sensorfunktionalität mit der des IoT bietet einen besonders spannenden Weg, da die erhobenen Daten in die Modellierung der Entstehung und Verteilung von durch den Menschen verursachten Treibhausgasemissionen einfließen könnten, was für eine evidenzbasierte Planung von Klimaschutz und Anpassungen entscheidend ist. Dazu entwickelt das Team nun eine energieeffiziente Leiterplatte, die in das Gerät integriert und auf der der Sensor angebracht werden kann. Unterdessen konzentriert sich das Team ebenso auf die Verbesserung der Materialeigenschaften des Geräts, um die Stabilität im Laufe der Zeit zu gewährleisten und die Degradation zu verringern, sowie auf dessen Sensoreigenschaften, um die Empfindlichkeit gegenüber störenden Gasen zu erhöhen, insbesondere solchen, die in der Umgebungsfeuchtigkeit vorkommen. „Wenn wir fertig sind, wird unsere kompakte integrierte nanoelektronische Nase erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Geräten bieten. Da unser System eine große Datenmenge mit hoher räumlicher Auflösung bereitstellt, könnte es die derzeitigen Ansätze ergänzen“, schließt Romano-Rodriguez.
Schlüsselbegriffe
NEOGAS, Sensor, Treibhausgas, Kohlendioxid, Methan, Internet der Dinge
