Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Den Quellen von Kohlendioxid auf der Spur: ein neues Analysengerät auf dem Jungfraujoch

20.11.2008
Woher kommt das Kohlendioxid in der Atmosphäre? Und welchen Einfluss haben menschliche Aktivitäten auf die Konzentration von CO2, dem wichtigsten Treibhausgas? Wie viel davon ist biologischen Ursprungs? Und wo genau entsteht das CO2?

Diese Fragen möchten Empa-Forscher beantworten. Sie nahmen deshalb vor kurzem auf dem Jungfraujoch das weltweit erste CO2-Isotopenmessgerät in Betrieb. Mit diesem können sie sowohl den Ursprung als auch die geographische "Herkunft" der aufgespürten Kohlendioxid-Moleküle aufklären.

Das vom Menschen durch Verbrennen von Erdgas und Erdöl entstehende Kohlendioxid (CO2) gilt als Hauptursache für die globale Erwärmung. "Um den globalen Zyklus zu verstehen, müssen wir allerdings zuerst einmal herausfinden, mit welchen CO2-Molekülen wir es überhaupt zu tun haben", sagt Lukas Emmenegger, Chemiker in der Abteilung "Luftfremdstoffe/Umwelttechnik" der Empa.

"Wir müssen wissen, durch welche Prozesse die Kohlendioxid-Moleküle entstanden sind." Ein neues, einzigartiges Gerät soll Erklärungen liefern, wie viel des weltweiten CO2 fossilen Ursprungs ist - beziehungsweise durch rein biologische Prozesse in die Atmosphäre gelangt.

Emmenegger und sein Team entwickelten deshalb zusammen mit dem Neuenburger Unternehmen Alpes Lasers und Aerodyne Research, einem Industriepartner aus den USA, ein Spektrometer zur kontinuierlichen Messung stabiler Kohlendioxid-Isotope. Finanziert wurde das Projekt vom Nationalen Forschungsschwerpunkt Quantenphotonik (NCCR QP) und dem Bundesamt für Umwelt (BAFU). Seit August 2008 ist das so genannte Quantenkaskadenlaser-Spektrometer auf dem Jungfraujoch im Einsatz - und liefert nonstop - in Echtzeit - Messwerte via Internet direkt in die Empa-Labors in Dübendorf.

Jedes Kohlendioxidmolekül besitzt eine unverwechselbare Isotopensignatur

Denn Kohlendioxid entsteht nicht nur beim Verbrennen fossiler Brennstoffe. Weltmeere liefern eine Menge CO2, und auch Pflanzen, Bakterien und andere Lebewesen produzieren das Klimagas, ein Endprodukt sämtlicher Atmungsprozesse. Natürlich interessiert der anthropogene Anteil - das vom Menschen verursachte CO2 - die ForscherInnen (und die PolitikerInnen) besonders. Um die verschiedenen CO2-Quellen und -Senken dingfest zu machen, kommt ihnen die Natur zu Hilfe: Kohlendioxidmoleküle aus Verbrennungsprozessen unterscheiden sich von "biologisch produziertem" CO2 in ihrer "Isotopensignatur"; die Kohlenstoff- und Sauerstoffatome, aus denen Kohlendioxid besteht, haben je nach dessen Ursprung leicht unterschiedliche Zusammensetzungen. Um diese zu messen, wird das Verhältnis zweier verschiedener Typen von Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen bestimmt, die in den CO2-Molekülen auftreten.

Deshalb nimmt Markus Leuenberger von der Universität Bern seit einigen Jahren regelmässig Luftproben auf dem Jungfraujoch und bestimmt deren CO2-Isotopensignatur. Zur Auswertung müssen die einzelnen Stichproben jeweils in ein Labor mit geeignetem Massenspektrometer gebracht werden. Mit dem neuen an der Empa entwickelten Quantenkaskadenlaser-Spektrometer werden die Messungen nun vollautomatisch mehrmals pro Minute durchgeführt; die Messwerte können bequem über eine Internetverbindung ausgewertet werden.

Wie kam das Kohlendioxid in die Atmosphäre?

Doch damit (noch) nicht genug. Die Empa-Forscher wollen auch wissen, wo grössere CO2-Quellen lokalisiert sind. "Es reicht nicht zu wissen, wie viele der unterschiedlichen CO2-Moleküle sich in den Luftproben befinden", sagt Empa-Wissenschaftler Emmenegger. "Wir wollen auch herausfinden, woher diese stammen." Hier hilft ihm ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Empa-Abteilung "Luftfremdstoffe/Umwelttechnik" weiter - das Modellieren von atmosphärischen Strömungen. Durch die Analyse vergangener Wetterlagen und Luftbewegungen lässt sich der von den Luftmassen zurückgelegte Weg berechnen. Werden die Kohlendioxid-Isotopenmessungen mit Messungen anderer Schadstoffe ergänzt und mit Wettermodellen kombiniert, so ergibt sich eine Bildfolge. Emmenegger: "Indem wir den Film rückwärts laufen lassen, können wir Quellen und Senken des Kohlendioxids identifizieren."

Die Auswertung der Daten steht noch am Anfang. "In einem Jahr werden wir unsere Ergebnisse präsentieren können", meint Emmenegger. "Wir werden sagen können, welcher Anteil des Kohlendioxids ozeanischen Ursprungs ist, wie viel durch Photosynthese oder durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstanden ist."

Die Messstation auf dem Jungfraujoch, wo auch das neue Isotopenmessgerät steht, ist eine wichtige Station für die Beobachtung von zahlreichen weiteren Luftfremdstoffen. Sie ist eingebunden in schweizweite und internationale Netzwerke und liefert Daten für das "Nationale Beobachtungsnetz für Luftfremdstoffe" (NABEL) sowie für das weltumspannende "Global Atmospher Watch Programme" (GAW) der Weltorganisation für Meteorologie (WMO).

Quantenkaskadenlaser-Spektrometer

Das Messgerät wurde von der Empa-Forschungsgruppe von Lukas Emmenegger in Zusammenarbeit mit Aerodyne Research entwickelt. Möglich war dies dank dem neuartigen Quantenkaskaden-Laser der Neuenburger Firma Alpes Lasers.

Die zu messenden Gasproben werden kontinuierlich in eine Kammer des Quantenkaskadenlaser-Spektrometers geleitet. Dort werden sie dank der Absorption des eigens entwickelten Quantenkaskadenlaserstrahls gemessen: Die absorbierten Photonen setzen ihren Weg zum Detektor nicht mehr fort und werden daher als "fehlend" erkannt. Daraus lässt sich auf die Präsenz bestimmter Gasmoleküle schliessen.

Weitere Informationen
Dr. Lukas Emmenegger,Luftfremdstoffe/Umwelttechnik, Tel. +41 44 823 46 99, lukas.emmenegger@empa.ch

Sabine Voser | idw
Weitere Informationen:
http://www.c2sm.ethz.ch/news/C2SM_Invitation
http://www.empa.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Dynamische Katalysatoren für saubere Stadtluft
16.10.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Klimawandelbedingtes Aussterben von Arten kann kaum verhindert werden
10.10.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

17.10.2017 | Physik Astronomie

Partnervermittlung mit Konsequenzen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten