Damit kein Funke überspringt

Bis zum Jahr 2050 will Europa als erster Kontinent klimaneutral sein. Das jedenfalls sieht der „European Green Deal“ vor. Damit sich diese ambitionierte Vision erfüllen kann, braucht es neue technologische Ansätze und umsetzbare Lösungen. Großes Potenzial, fossile Energieträger zu ersetzen, wird Technologien zugeschrieben, die grünen Wasserstoff nutzen – ob zur Energie- und Wärmegewinnung oder als Treibstoff.

Doch Wasserstofftechnologien bergen nicht unerhebliche Risiken, wie Juniorprofessor Dr. Christian Franke von der Universität Jena weiß. „Zusammen mit Luft bildet Wasserstoff ein explosives Gemisch.“ Bereits winzigste Funken reichen aus, um Explosionen auszulösen. Das schränke den Einsatz von Wasserstoff aktuell noch erheblich ein, sagt der Physiker vom Institut für Angewandte Optik und Biophysik.

Das Team um Franke und Projektleiter Dr. Andreas Stark hat es sich in einem neuen Verbundprojekt zur Aufgabe gemacht, die zur Prüfung und Wartung von Wasserstofftanks und -leitungen notwendige Messtechnik so sicher zu machen, dass dabei keine Funken entstehen können. Das Projekt „3D-Vermessung durch explosionsgeschützte Endoskopie mit strukturierter Beleuchtung“ (3D-Vens) wird in den kommenden drei Jahren mit insgesamt etwa drei Millionen Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Neben dem Team der Uni Jena sind Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik sowie drei Wirtschaftsunternehmen Teil des Konsortiums, welches Anfang Juli die Arbeit aufgenommen hat.

Messkopf kommt ohne elektronische Bauelemente aus

Ziel des Projekts ist es, innerhalb der nächsten drei Jahre einen Endoskop-Demonstrator zu bauen, der neben dem Explosionsschutz weitere Aspekte vereint, etwa die Verwendung von Miniaturoptiken und Multikernfasern sowie eine neuartige 3D-Messmethode. Das Besondere an diesem integrierten Ansatz ist, dass der Messkopf selbst – der in Kontakt mit Wasserstoff kommen könnte – keine elektronischen Bauteile enthält, die Funken bilden könnten und damit die Explosionsgefahr minimiert wird, wie Andreas Stark, der wissenschaftliche Koordinator des Verbundes, unterstreicht.

Um sich ein dreidimensionales Bild von den untersuchten Objekten machen zu können, werden im Endoskop mittels sogenannter strukturierter Beleuchtung Muster erzeugt und diese nach der Wechselwirkung mit dem Objekt über ein separates Faserbündel aus dem System herausgeführt. „Erst dort erfolgt die elektronische Verarbeitung zu einem Bild“, sagt Christian Franke. Verwendet werden Multikernfasern – das sind Bündel aus bis zu zwölf Einzelfasern, die jeweils 150 Mikrometer Durchmesser aufweisen. „Wir können jede Faser separat ansteuern und dadurch eine hohe räumliche Auflösung und Tiefenschärfe erzielen.“ Bis zu 100 Mikrometer kleine Details (das entspricht etwa dem Durchmesser eines menschlichen Haares), lassen sich mit einem solchen Endoskop in Echtzeit abbilden und ohne dass davon Explosionsgefahr ausgeht.