Projekt 08782/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung (3): Bestimmung der relativen und absoluten Feuchte in Kompostmieten mittels Lasertechnologie

Projektträger

LPKF Laser & Electronics AG
Osterriede 7
30827 GarbsenZielsetzung und Anlass des Vorhabens n Ziel des Vorhabens ist die Bereitstellung eines lasergest√ľtzten Me√üsystems zur kontinuierlichen und sofortigen Bestimmung der relativen und absoluten Feuchte (Wassergehalt) an verschiedenen Punkten der Kompostmiete und im geschlossenen klimatisierten Luftraum. n Der innovative Kern des geplanten Vorhabens liegt in der Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Laserme√üsystems f√ľr die Feuchtebestimmung innerhalb des Prozesses der Kompostierung biogener Stoffe. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNotwendige Entwicklungen zur Umsetzung der Zielstellung: n Robuste, geeignete Laserstrahlquellen Angepasste Sensorkonfiguration f√ľr die Messung in oder √ľber der Kompostmiete (Messgeber) n Multiplex - Umschalteinheit f√ľr Lichtleitfaserb√ľndel (in Verbindung mit Einspeisung und optische Problemstellungen)n Rechnerankopplung / Steuerung der Gesamtanlagen Software zur Messwertaufnahme und Verarbeitung n Realisierung eines Regelkreises zur Feuchte - Nachf√ľhrung 1. Weitere theoretische und praktische Untersuchungen zu den Transmissions- und Absorptionsmechanismen bei der Durchstrahlung von feuchter Luft (in hoher Temperatur, druckabh√§ngig) mittels elektromagnetischer Strahlung. Ziel: Definition konkret nutzbarer Absorptionsmaxima f√ľr die Auswertung durchgef√ľhrter Messungen sowie Auswahl eines geeigneten Lasersystems. 2. Entwicklung geeigneter PC-gest√ľtzter Auswerteelektronik (umfangreiche Hard- und Softwareentwicklung). Ziel: Die mittels Laserstrahlung √ľber Detektoren erhaltenen Werte m√ľssen mit physikalischen Gr√∂√üen und Formeln verrechnet werden, um die relative und absolute Feuchte bezogen auf ein Volumenelement Kompost explizit zu erhalten. 3. Aufbau einer ersten lasergest√ľtzten Prototypenmess-Strecke mit integrierter Auswerteelektronik. Ziel: Sammeln von Erfahrungen und Optimierung des Gesamtsystems; Fehlerkorrektur und Beseitigung. 4. Aufbau und Test einer Multiplex-Lichtleitfaser√ľbertragungsanlage. Ziel: Verkn√ľpfung beliebig vieler Messpunkte innerhalb einer oder mehrerer Mieten, die zeitlich kurz nacheinander abgetastet werden und ihre Messwerte an den PC weitergeben. Damit kann ein schneller Regelkreislauf aufgebaut werden, der es erm√∂glicht, den Prozess der Kompostierung optimal und schnell ablaufen zu lassen. Erstellung von Feuchteprofilen in Mieten. 5. Entwicklung einer praxisgerechten Konstruktion (Prototyp). Gewinnung eines oder mehrerer Projektpartners zur Einf√ľhrung der Technologie in die Praxis. Ziel: Beginn der Verkaufsaktivit√§ten. 6. Umfangreiche Werbeaktionen und Kundengespr√§che / Internationales Marketing. Ziel: Bekanntmachung des Produktes auf dem Markt mit dem Ziel des Verkaufes von entsprechenden Me√üsystemen. Ergebnisse und Diskussion Vorteile: n Sehr schnelle Messungen m√∂glich - Die gew√ľnschten Messwerte liegen unmittelbar vorn Messungen sind zeitlich kurz nacheinander an verschiedenen Punkten der Kompostmiete durchf√ľhrbar (ohne Umsetzung entsprechender Sensoren) n Alle Messsensoren werden von einem Lasersystem zeitlich nacheinander versorgt und liefern ihre Daten an einen Computern Computergest√ľtzte Regelprozesse zur Bestimmung und F√ľhrung des aktuellen Feuchtegehaltes m√∂glich (Aufnahme eines Feuchteprofils √ľber der gesamten Kompostmiete) n Wirtschaftliches Verfahrenn Robuste Systemtechnik (Trennung von Laserquelle und Messsensoren durch √úbertragung der La-serstrahlung mittels Lichtleitfasern m√∂glich) n Hochpr√§zises und genaues Messverfahren durch den Einsatz von spezieller Laserstrahlung Gem√§√ü dem Arbeitsschritt 1 wurden innerhalb der ersten Projektphase die theoretischen Grundlagen der Bereiche Laserphysik, Psychrometrie, Thermodynamik und Biologie erarbeitet. Auf der Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein verfahrenstechnisches Konzept erarbeitet, welches es erm√∂glichen soll den Feuchtegehalt des Kompostes zu bestimmen. Die Umsetzung des Entwurfes f√ľhrte zur Erstellung einer Prototypenmessstrecke. Dieser Aufbau, dessen Elektronik in wesentlichen Teilen dem zuk√ľnftigen Me√üsystem entsprechen wird, diente zum Nachweis der praktischen Funktionsf√§higkeit des Systems. Durch diesen erfolgreichen Abschluss der ersten Phase des Projektes konnte mit der Realisierung weiterer Schritte gem√§√ü dem Arbeitsprogramm begonnen werden. So ist zur Zeit die Realisierung der Faserankopplung des Lasers und des Sensors alle Aufmerksamkeit gewidmet. Mit einem so mobil aufgebauten Ger√§t k√∂nnen dann erste Kallibrierungsmessungen vorgenommen werden. Anhand der gewonnenen Ergebnisse und praktischen Erfahrungen kann dann eine abschlie√üende Optimierung des Systems vorgenommen werden. Alle praktischen Phasen der Projektrealisierung sind stets mit einer Anpassung und Optimierung der eingesetzten Elektronik gekoppelt. Fazit Die innerhalb der Projektlaufzeit erarbeiteten Ergebnisse dokumentieren einen √§u√üerst innovativen Stand des Einsatzes von Lasertechnik im Rahmen eines Feuchtemessverfahrens. Die Neuartigkeit der technischen L√∂sung ist insbesondere darin zu sehen, dass mit der Vorstellung dieses lasergest√ľtzten Messprozesses und im Hinblick auf seine Anwendung in Kompostmieten eine Technologie zur Verf√ľgung steht, die es erm√∂glicht, den Rotteprozess in Kompostmieten so zu optimieren, dass eine zeitliche Verk√ľrzung des Prozesses erreicht wird. Innerhalb dieses mehr als 3-j√§hrigen Forschungsverbundvorhabens sind die Grundlagen des Lasermessprozesses und alle im Zusammenhang mit diesem neuartigen Verfahren stehenden Hard- und Softwarekomponenten erarbeitet und in Form einer Prototypenanlage realisiert worden. Es wurden von den Grundlagen der Kompostierung ausgehend messtechnische Erfordernisse f√ľr die Messung der Feuchte im Kompost erarbeitet. Dabei mussten verschiedene Randbedingungen w√§hrend des Prozesses der Kompostierung beachtet werden, um eine korrekte Messung durchf√ľhren zu k√∂nnen. Mit den Kenntnissen des Kompostierungsprozesses wurde eine intensive Diskussion zur Messmethodik gef√ľhrt. Die ausgew√§hlte Technologie, indirekte Messung √ľber ein abgewandeltes Verfahren der Ausgleichsfeuchte, wurde intensiv mit Vorteilen und Nachteilen im Zusammenhang mit den Randbedingungen im Kompostierungsprozess betrachtet. Entsprechend den Ergebnissen wurde dann ein Aufbau konzipiert. Im Zusammenhang mit dem realisierten Laboraufbau und auch sp√§ter bei der technischen Realisierung der Lanze ergaben sich Probleme im Bereich der Beschaffung der Komponenten und der Umsetzung im technischen Ma√üstab. Hierdurch mussten viele Versuchreihen zus√§tzlich durchgef√ľhrt werden, die erheblichen zeitlichen Aufwand bedeuteten. Durch einen Laboraufbau konnten die theoretischen Grundlagen best√§tigt werden. Im Rahmen der praktischen Erprobung des Versuchsaufbaus wurde die prinzipielle Machbarkeit nachgewiesen und unter Rottebedingungen erprobt. Einige spezifische Randbedingungen (z. B. hohe Temperaturen innerhalb der Rotte) verursachten Probleme, die dazu f√ľhrten, dass eine individuelle, erprobter Laser-Mess-Anlage zum Ende des Projektes nicht in Vollkommenheit zur Verf√ľgung stand. So ist am Ende der Projektlaufzeit zu res√ľmieren, dass ein Konzept f√ľr eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Feuchte in Kompost erarbeitet und seine prinzipielle Nutzbarkeit nachgewiesen wurde. Es wird angestrebt, weitergehende Arbeiten durch interessierte Anwender durchf√ľhren zu lassen.

√úbersicht

Telefon

05131/7095-0

Telefon

05131/7095-0

Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

279.676,66 ‚ā¨

Förderzeitraum

16.09.1996 - 01.11.2001