Mit innovativer Lasertechnologie auf Rohstoffsuche in der Tiefsee
Wenn die oberirdischen Lagerstätten ausgebeutet sind, brauchen wir Rohstoffe vom Meeresgrund. Deutsche Forschende haben jetzt eine Methode zur umweltschonenden Analyse von Materialien in großer Tiefe entwickelt.
Foto: INP
Wertvolle Mineralien und Metalle lagern in großen Mengen am Meeresgrund. In vielen Industriebranchen werden sie händeringend benötigt, etwa um Elektroautos oder Windkraftanlagen zu bauen. Die Exploration der Lagerstätten war bisher extrem aufwendig. Greifarme an Tauchrobotern nehmen dabei Gesteinsproben auf, die anschließend an Bord eines Forschungsschiffs untersucht werden. Doch jetzt haben deutsche Forschende eine innovative Methode entwickelt, um die Lagerstätten in Tiefen von bis zu 6000 m unter dem Meeresspiegel umweltfreundlicher zu erforschen.
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Mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) mittels Doppelpulslaser hat das Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH) eine entsprechende Methode zur Analyse in der Tiefsee vorgestellt. Bisher gibt es noch keine Erfahrungen mit der Doppelpuls-Technik in großer Tiefe mit hohem Wasserdruck. Der Vorteil der Methode: Mit ihr ist eine präzise Elementanalyse in Echtzeit möglich, wobei die aufwendige Probennahme entfällt. Gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Greifswald und gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) wurde das grundlegende Prozessverhalten jetzt untersucht. Über ihre Forschungsergebnisse berichten die Wissenschaftler unter anderem in der Fachzeitschrift „Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy“.
Lasertechnik wurde optimiert für den Einsatz in der Tiefsee
Doch wie funktioniert die Doppelpuls-Technik? Sie nutzt zwei Laserpulse: Der erste Puls erzeugt eine sogenannte Kavität, also eine Art Hohlraum im Wasser an der Materialoberfläche, der zweite Puls verdampft Material von der Oberfläche und erzeugt ein Plasma, das die Elemente für die Spektroskopanalyse enthält. Problematisch dabei ist allerdings der hohe Druck, der in großer Tiefe unter Wasser herrscht. Er erschwert den Prozess, aussagekräftige Spektren für eine präzise Analyse zu erzeugen.
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Aktuell konzentrieren sich die Forschenden auf die Analyse von Materialien bei einem Druck von bis zu 600 bar, was etwa Tiefen von 6000 m unter dem Meeresspiegel entspricht. Die eingesetzten Laserpulse arbeiten mit Energien von bis zu 150 mJ. Durch die Anpassung der Laserparameter konnte das Team die Messungen für den hohen Tiefseedruck optimieren. Kurze Verzögerungen von 0,5 ms zwischen den Laserpulsen und die präzise Anpassung der Messstartzeitpunkte für das Spektrometer sind dabei entscheidend für die Qualität der gewonnenen Daten.
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