Die Fraunhofer-Gesellschaft entwickelt im Projekt „Raman Atmospheric DetectIon And raNging Technology“ (RADIANT) ein neues Raman-LiDAR-System zur Gasanalyse. Beteiligt sind das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS), das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) sowie das Fraunhofer-Zentrum für Angewandte Photonik (CAP) in Glasgow. Ziel ist es, Wasserstoff-Leckagen aus der Distanz zuverlässig zu erkennen.
Die Technologie basiert auf Raman-Streuung. Dabei werden Moleküle über ihr charakteristisches Streusignal identifiziert. Gleichzeitig ermöglicht die Lichtlaufzeitmessung eine räumliche Lokalisierung. Laut Fraunhofer kann das System auch bei Tageslicht arbeiten, da es im sogenannten solarblinden UV-B- und UV-C-Bereich misst. In diesem Spektralbereich ist die solare Hintergrundstrahlung gering, was die Empfindlichkeit erhöht.
Detektortechnologie für schwache Signale
Eine zentrale Herausforderung ist die Detektion sehr schwacher optischer Signale, die teilweise im Bereich einzelner Photonen liegen. Das Fraunhofer IMS in Duisburg entwickelt dafür rückseitenbeleuchtete Silizium-Photomultiplier (BSI-SiPMs) mit erhöhter UV-Empfindlichkeit. „Die Detektoren sind speziell für die Anforderungen zeitaufgelöster Raman-Messungen optimiert und ermöglichen die Detektion extrem schwacher Signale bei gleichzeitig hoher zeitlicher Auflösung“, sagt Dr. Maren Kasischke, Leiterin Industry am Fraunhofer IMS.
Zusätzlich entsteht eine Ausleseschaltung für bis zu 32 Kanäle. Sie soll eine parallele Verarbeitung der Spektroskopiesignale ermöglichen und damit eine hohe zeitliche und spektrale Auflösung erreichen.
Flexiblere Gasanalyse ohne Vorfestlegung
Im Unterschied zu bisherigen Systemen setzt RADIANT auf lineare Detektorarrays statt auf filterbasierte spektrale Aufteilung. Dadurch soll das System verschiedene Gase erkennen können, ohne im Vorfeld auf bestimmte Moleküle festgelegt zu sein. Das Fraunhofer IAF entwickelt ergänzend eine großflächige, kostengünstige Detektortechnologie, die perspektivisch auch in mobilen Geräten eingesetzt werden kann.
Anwendungen in Wasserstoff-Infrastrukturen
Das Fraunhofer CAP koordiniert das Projekt und arbeitet an der Systemintegration. Ziel ist ein praxistaugliches Gesamtsystem für industrielle Anwendungen.
Die Technologie richtet sich an Betreiber von Energieanlagen, Industrieprozessen und Pipelines. Sie soll eine kontinuierliche Überwachung ermöglichen und Leckagen frühzeitig erkennen, ohne Personal zu gefährden. Nach Angaben von Fraunhofer zielt das Projekt zudem darauf ab, Größe, Komplexität und Kosten der Systeme zu reduzieren.
Langfristig sollen Demonstratoren entstehen, die sich in marktfähige Produkte überführen lassen. Das Projekt wird durch das Fraunhofer Joint Capability (JCAP) Building Programme gefördert.