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- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (4)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (4)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (3)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (2)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (2)
- 1.4 Prozessanalytik (1)
- 2.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (1)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (1)
- 5 Werkstofftechnik (1)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 8.3 Thermografische Verfahren (1)
- 9 Komponentensicherheit (1)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (1)
- VP Vizepräsident (1)
- VP.2 Informationstechnik (1)
Paper des Monats
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Eingeladener Vortrag
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In preliminary work, gas sensors in linear form based on the measuring principle of gas selective permeability through a membrane were developed and introduced for the detection and quantification of gas concentrations. In this study, first experimental results are presented for adapting the technology for measuring methane (CH4). A material with suitable selective permeability was identified and utilized in a sensor setup containing the gas selective membrane and a reference membrane, both integrated in a measuring cell, to which a gas stream with defined CH4 concentrations was applied. The results prove the sensor's capability for measuring methane and indicate further application potential of the method, e.g., as a robust field monitoring technology, since CH4 is the major component of natural gas, town gas, and fracking gas.
The combination of different types of sensors to multi-sensor devices offers excellent potential for monitoring applications. This should be demonstrated by means of four different examples of actual developments carried out by Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM): monitoring and indoor localization of relief forces, a micro-drone for gas measurement in hazardous scenarios, sensor-enabled radio-frequency identification (RFID) tags for safeguard of dangerous goods, and a multifunctional sensor for spatially resolved under-surface monitoring of gas storage areas. Objective of the presented projects is to increase the personal and technical safety in hazardous scenarios. These examples should point to application specific challenges for the applied components and infrastructure, and it should emphasize the potential of multi-sensor systems and sensor data fusion.
Untergrundspeicher für Roh- und Abfallstoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. Verwendet werden sie vor allem für Stoffe wie Erdgas, Wasserstoff, Erdöl und neuerdings auch für Kohlen-stoffdioxid (CO2). Diese Stoffe werden meist unter Druck in Kavernen- oder Porenspeichern einge-lagert. Die Speicher dienen einerseits zum Ausgleich von Ungleichgewichten zwischen Ange-bot/Förderung und Nachfrage/Verbrauch und zur Erhöhung der Versorgungssicherheit. Anderer-seits bestehen Konzepte Abfallstoffe oder Gefahrstoffe für die Umwelt (aktuell CO2-Speicherung) dort für lange Zeiträume einzulagern. Mit den Einlagerungsstoffen verbunden ist ein signifikantes Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt, falls es trotz aller Sicherheitsmaßnahmen zu einem unkontrollierten Austritt dieser Stoffe kommen sollte. Daher kommt dem Monitoring derartiger Untergrundspeicher und den darüber befindlichen Bodenstrukturen eine extrem hohe Bedeutung zu.
Ein hochaktuelles Beispiel, das die Überwachung entsprechender Bodenflächen fordert, ist die unterirdische CO2-Speicherung im Rahmen der CO2-Abscheidung und -Speicherung (Carbon Dioxide Capture and Storage, CCS). CCS gilt als wichtige Brückentechnologie der Energiewirtschaft und wird weltweit vorangetrieben, während die Sicherheit von Bevölkerung und Biosphäre noch kont-rovers diskutiert wird. Auch die EU setzt auf CCS und gibt in der EU-Richtlinie 2009/31 als Ziel-setzung bis 2015 vor, 15 Pilotanlagen zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Als Bedingung für die Genehmigung der CO2-Speicherung ist explizit die Überwachung der Speicheranlagen durch Monito-ring vorgeschrieben, wobei die technisch besten Lösungen zum Einsatz kommen sollen.
Das zu entwickelnde Messsystem adressiert neben den o.g. Anwendungsfeldern weitere, bei denen insbesondere die Emission von Gasen ein Risiko für Mensch und Umwelt darstellt oder wirt-schaftlichen Schaden verursachen kann. Hierzu zählen die Überwachung von Abfalldeponien, Ge-fahrgutlagerstätten, kontaminierten Altlastengebieten, Moor-, Torf-, Kohleflözen (präventive Branderkennung) und geodynamisch aktiven Regionen. Auch moderne Fördertechnologien, wie das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) zur Energiegewinnung durch Einpressen von überkritischem CO2 in den Erdkörper, das die Beweglichkeit eines Gases mit der Dichte einer Flüssigkeit kombiniert und Wärmeaustausch im Erdinneren bewirkt, bergen das Risiko unkontrollierter Gasemissionen und bedürfen der umfassenden Überwachung.
A 400 m² soil test field with gas injection system was built up, which enables an experimental validation of linear gas sensors for specific applications and gases in an application-relevant scale. Several injection and soil watering experiments with carbon dioxide (CO2) at different days with varying boundary conditions were performed indicating the potential of the method for, e.g., rapid leakage detection with respect to Carbon Capture and Storage (CCS) issues.
This work presents first results from repeti-tive CO2 injection experiments performed on a recently built-up 400 m² soil test field with gas injection system. The test field contains 48 membrane-based linear gas sensors that were installed in several depths of the test field. Sensors for measuring meteorological parameters (e.g., wind / rain) and the parameters soil temperature, soil moisture, and groundwater level were installed additionally. A more de-tailed description of the test field setup can be found in. A short description of the mem-brane-based linear gas sensors’ functional prin-ciple can be found in.