Neuer Sensor soll vor Vulkanasche warnen
Forschende entwickeln einen Sensor, der Vulkanasche erkennt. Damit soll die Sicherheit in der Luftfahrt erhöht werden. Die Herausforderung: Vulkanaschewolken lassen sich kaum von Regenwolken unterscheiden. Der Sensor könnte dereinst auch als Brandmelder eingesetzt werden.
Wenn Zsófia Jurányi das Jungfraujoch besucht, hofft sie nicht auf stahlblauen Himmel und Sonnenschein. Statt eines atemberaubenden Panoramas wünscht sie sich Wolken ‒ am besten verschmutzt mit Vulkanasche. Denn die Forscherin am Institut für Aerosol- und Sensortechnik der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) testet im Auftrag des Bundesamts für Zivilluftfahrt (Bazl) einen neuartigen Sensor zur Erkennung von Vulkanaschepartikeln. «Dual Wavelength volcanic Ash Sensor» oder Duwas heisst das Gerät und es soll die Sicherheit im Flugverkehr erhöhen (Technisches Paper zum Duwas-Messprinzip).
Wie lässt sich Vulkanasche erkennen?
Vor sechs Jahren zwang der Ausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull den Flugverkehr in Nordwesteuropa zum Stillstand. Vulkanasche kann Triebwerke und wichtige Sensorsysteme von Flugzeugen beschädigen. Die Schwierigkeit: Eine Aschewolke ist schwer von einer normalen Regenwolke zu unterscheiden, besonders dann, wenn sich die beiden Wolkentypen vermischt haben. Auch herkömmliche Sensoren sind nicht in der Lage, Aschepartikel und Wassertröpfchen beziehungsweise Eiskristalle auseinanderzuhalten. Beide sind zwischen einem und 20 Mikrometer klein und streuen gleichermassen sichtbares Licht. Das FHNW-Forschungsteam unter der Leitung von Ernest Weingartner setzt darum neben einem herkömmlichen Sensor zusätzlich auf einen Infrarot-Sensor, der speziell für dieses Forschungsprojekt vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik entwickelt wurde. Warum ein Infrarot-Laser? Wasser und vulkanische Asche haben im Infrarotbereich unterschiedliche Lichtbrechungs-Indizes. Bei einer Wellenlänge von 660 Nanometer sehen Aschepartikel und Wolkentröpfchen noch gleich aus. Bei einer Wellenlänge von rund 2700 Nanometer ‒ also im Infrarot-Bereich ‒ erfolgt die angestrebte Unterscheidung.
Aufschlussreiche Tests auf dem Jungfraujoch
Die Erkenntnisse aus dem Labor testet Zsófia Jurányi an einem Ort, der während eines Jahres zu 40 Prozent von Wolken bedeckt ist: Das Jungfraujoch. Sie installiert den Duwas in der Forschungsstation auf über 3500 Meter über Meer, wo er sich bei Minustemperaturen und Sturmböen bewähren muss. Weil ein Vulkanausbruch selten und unvorhersehbar auftritt, simuliert die Forscherin die Aschewolke kurzerhand mit «eigenen» Vulkanaschepartikeln, die auf Island und Sizilien gesammelt wurden. Tatsächlich gelingt es, die Asche von den Wolkentröpfchen auseinanderzuhalten. Ein Erfolg für das Forschungsteam.
Sensor auch als Brandmelder geeignet
In Zukunft soll der Duwas bei kommerziellen Flügen zum Einsatz kommen, so die Hoffnung des Bundesamts für Zivilluftfahrt, welches das Projekt finanziert. Der Sensor könnte aber potenziell auch für andere Zwecke genutzt werden, wo die Unterscheidung zwischen zwei Aerosolpartikeln wichtig ist: Beispielsweise als Brandmelder oder als Detektor für andere bestimmte Substanzen. Zunächst soll der Duwas nun in ein Kleinflugzeug eingebaut und getestet werden. Die Testflüge sollen diesen Frühling stattfinden. Auch dann wird Zsófia Jurányi auf schlechtes Wetter mit vielen Wolken hoffen.
Sandro Nydegger, Hochschule für Technik FHNW
