Verbundwerkstoff aus der Schweiz 13.06.2015, 07:33 Uhr

Miniaturisierter CO2-Messer für Bergsteiger und Taucher

Ein kleineres, leichteres und energiesparenderes CO2-Messgerät für Bergsteiger und Taucher: Das versprechen sich Schweizer Materialwissenschaftler von einem neuen Verbundwerkstoff. Er verändert seine elektrische Leitfähigkeit entsprechend der CO2-Konzentration in der Umgebungsluft.

Bergsteiger auf der Zugspitze in Bayern: Wichtig ist die regelmäßige Kontrolle der CO<custom name="sub">2</custom>-Konzentration. Die Geräte dazu könnten zukünftig kleiner werden.

Bergsteiger auf der Zugspitze in Bayern: Wichtig ist die regelmäßige Kontrolle der CO2-Konzentration. Die Geräte dazu könnten zukünftig kleiner werden.

Foto: Tobias Hase/dpa

Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich und des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam ist es gemeinsam gelungen, einen ganz kleinen und sehr energiesparenden Sensor zur Messung des CO2-Gehalts der Luft zu entwickeln. Ausgangsbasis des neuen Verbundwerkstoffs sind kettenförmige Makromoleküle (Polymere), die sich aus Salzen namens „Ionische Flüssigkeiten“ zusammensetzen.

CO2 verändert elektrische Leitfähigkeit der Salze

Bei normalen Temperaturen sind die Salze flüssig und elektrisch leitfähig, wenn sie mit anorganischen Nanopartikelchen versetzt werden. Sie finden derzeit in der Forschung weltweit großes Interesse, weil sie sich vermutlich für spezielle Batterien und die Speicherung von CO2 eignen. Das Forschungsteam Dorota Koziej und Christoph Willa kam bei der Beschäftigung mit diesen Salzen auf die Idee, dass sie sich eventuell auch für die Messung von CO2 in der Luft eigenen könnten.

Der CO2-Sensor der ETH-Zürich: In Abhängigkeit der CO2-Konzentration in der Luft ändern flüssige Salze ihre elektrische Leitfähigkeit.

Der CO2-Sensor der ETH-Zürich: In Abhängigkeit der CO2-Konzentration in der Luft ändern flüssige Salze ihre elektrische Leitfähigkeit.

Foto: Fabio Bergamin/ETH Zürich

Das Forscherteam hat bisher noch nicht gänzlich die Gründe für diese besondere Eigenschaft des neuen Verbundwerkstoffs erkundet. Die Forscher fanden jedoch Hinweise darauf, „dass es an der Grenzfläche zwischen Nanopartikelchen und dem Polymer auf der Nanometer-Skala zu chemischen Veränderungen kommt, wenn CO2-Moleküle anwesend sind”. Dorota Koziej fügt an: „Wir vermuten, dass diese Effekte die Mobilität der geladenen Teilchen im Material verändern”.

Kleinere CO2-Messer für Taucher und Bergsteiger

Konventionelle CO2-Messgeräte zeigen ihre Werte meist optisch an. Dies basiert darauf, dass CO2 Infrarotlicht absorbiert. Die künftigen neuen Geräte auf Basis der Sensorchips könnten kleiner gebaut werden. Zugleich benötigen sie sehr wenig Energie. Die Messungen sind in einer großen Bandbreite möglich. Die ETH Zürich nennt dabei die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre mit 0,04 Volumenprozent bis zu 0,25 Volumenprozent als derzeitigen Maximalwert. Koziej sieht als Hauptnutzungsmöglichkeit vor allem tragbare Geräte zur Atemluftmessung für Taucher, für Bergsteiger in extrem großen Höhen sowie für medizinische Anwendungen.

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