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Derzeit kommt es im Rahmen des Klimaschutzes zu kontinuierlichen Verschärfungen der Emissionsgrenzwerte beim Schadstoffausstoß. Diese neuen Grenzwerte betreffen nicht nur die herkömmlichen Brennstoffe der Verbrennungskraftmaschinen, sondern auch zukünftig zu erwartende Substitutionen fossiler Kraftstoffe durch synthetische Surrogate, die aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden.

Vor diesem Hintergrund erfordern diese aktuell bestehenden Limitierungen daher messtechnische Innovationen um hohe Zeitauflösungen mit geringen Nachweisgrenzen und einer hohen Sensitivität zu kombinieren und zusätzlich aufwändige Kalibrierarbeiten drastisch zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden. Eine Methode zur signifikanten Erhöhung der zeitlichen Auflösung und gleichzeitigen Verbesserung der Nachweisgrenzen ist die Laserabsorptionsspektroskopie mit abstimmbaren Diodenlasern (TDLAS, Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy). Da das Abstimmverhalten für jeden Diodenlaser charakteristisch und konstant ist und die meist aus Datenbanken entnommene molekülspezifische Linienstärke ebenso unveränderlich ist, muss zusätzlich lediglich die Absorptionslänge im Experiment bekannt sein, um quantitative Aussagen über die Absorberzahldichte treffen zu können. Die Nachweisempfindlichkeit dieser Methode hängt somit primär von den umgesetzten Absorptionsstrecken und den molekülspezifischen Absorptionsquerschnitten ab, die durch den Prozess vorgegeben sind. Die Absorptionsstrecke kann jedoch in Abhängigkeit vom Prozess auf den relevanten Konzentrationsbereich der untersuchten Zielspezies angepasst werden.

Auf Basis einer modifizierten White-Zelle wurden bereits Absorptionslängen von einigen Metern erreicht. Diese Multipfadanordnungen sind jedoch für den Nachweis bei Verschärfung der Emissionsgrenzwerten von Schadstoffen in zukünftigen Prozessen nicht mehr ausreichend. Daher sollen in dem Forschungsvorhaben Messzellen entwickelt werden, die auf innovativen Ansätzen wie Ring- und Faserresonator, CEAS und CRDS beruhen. Die Herausforderung in der Weiterentwicklung liegt darin, diese Methoden robust und kompakt zu gestalten. Hierzu sollen neue Methoden zur Verlängerung der Absorptionsstrecke entwickelt und für den Einsatz in Realprozessen qualifiziert werden. Die Vorteile der TDLAS, wie Robustheit, Kalibrationsfreiheit, eine hohe Zeitauflösung und die Möglichkeit zur in-situ Messung sollen erhalten bleiben.