Studie InLight: Einblicke in chemische Prozesse mit Licht
Bild: »Licht in den Prozess«: Optische Messung durch eine Gefäßwand zur Bestimmung chemischer Größen © Foto Fraunhofer ILT, Aachen
Die optische Prozessanalytik misst chemische und physikalische Eigenschaften berührungslos und schnell, liefert eine hohe Informationsdichte, kommt ohne Probenahme aus, lässt sich enorm verkleinern und kann einfach in bestehende Prozesslinien integriert werden. Ein Konsortium unter der Leitung des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Kooperation mit der BAM und der RWTH Aachen hat nun die Zukunftsperspektiven der optischen Prozessanalytik analysiert. Im Mittelpunkt der neuen Studie »Inline-Prozessanalytik mit Licht –InLight« stehen eine Technologie-Roadmap und ein detailliertes Whitepaper, das Anfang 2017 einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt wird.
Prozessanalysetechnik - eine Branche mit Potenzial
Eine wichtige Rolle bei chemisch-physikalischen und biotechnischen
Produktionsverfahren spielt die exakte Erfassung der Messgrößen im
laufenden Prozess. »Das Instrumentarium dazu bietet die
Prozessanalysentechnik (PAT), für die sich optische Messverfahren
besonders eignen«, erklärt Dr. Reinhard Noll, Leiter des Kompetenzfeldes
Messtechnik und EUV-Strahlquellen am Fraunhofer ILT.
Damit sich die optische PAT nicht nur für den Einsatz im Labor,
sondern auch im rauen Industriealltag eignet, bedarf es robuster,
prozesstauglicher und automatisierbarer Sensorik. Dazu untersuchte das
Konsortium unter der Leitung des Fraunhofer ILT vier Themenfelder. Gute
Entwicklungschancen ermittelte das Team für »spektroskopische Methoden«,
die sich auch für Anwender ohne spezielles Fachwissen eignen. Gefragt
seien flexible Geräte zum Messen in den Aggregatzuständen fest, flüssig
und gasförmig.
Optischer Zugang ohne Wartung
Im Mittelpunkt des Themenschwerpunkts »optischer Zugang« steht die
Vision eines wartungsfreien optischen Zugangs. Auch hier gibt es einen
hohen FuE-Bedarf, etwa bei den optischen Fenstern mit integrierten
Funktionselementen, Stichwort: SmartWindow.
Sehr anspruchsvoll fielen auch die Anforderungen des Studien-teams im
dritten Themenfeld an die »Laserstrahlquellen« aus: Gefragt sind
preiswerte Lichtquellen (Preis: < 1000 Euro) für einen breiten
Anwendungsbereich (vom mittleren infraroten bis zum ultravioletten
Spektralbereich) mit einer langen Betriebsdauer (> 100 000 Stunden)
und einem erweiterten Temperaturbetriebsbereich.
Sensoren einfacher kalibrieren
Viel hängt mit Blick auf die Zukunft der optischen PAT-Systeme von
den Fortschritten bei den Themen »Kalibrierung, Soft Sensor und Sensor
Fusion« ab. Die Studie stellte eine Wunschliste auf, die von der stark
vereinfachten Kalibrierung von Sensoren bis hin zur Übertragbarkeit von
Kalibrierungen zwischen verschiedenen Geräten reicht. Um die mittel- und
langfristigen Ziele zu erreichen, zeigt die Technologie Roadmap
verschiedene Wege wie Sensorfusion, Selbstdiagnose und automatische
Kalibrierung von Sensoren oder In-situ-Qualifizierung auf.
Ab Anfang 2017 steht das Whitepaper »Optische Prozessanalytik -
Bedarfe der Wirtschaft, Zukunftsperspektiven und F&E-Themenfelder«
auf der Homepage des Fraunhofer ILT zum Download zur Verfügung:
www.ilt.fraunhofer.de/de/projekte/inlight
Studie im Detail: Inline-Prozessanalytik mit Licht – InLight
Unter der Leitung des Fraunhofer ILT hat ein Expertenteam von Oktober
2015 bis Oktober 2016 eine detaillierte Konsortialstudie zur
»Inline-Prozessanalytik mit Licht« erarbeitet. An der Studie mitgewirkt
haben die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) aus
Berlin, die RWTH Aachen University und 14 Unternehmen aus Deutschland
und Österreich.