Elektronische Nase: Diese wird wie ein Armband getragen (Foto: Seamus Daniel, rmit.edu.au)

Selbst kleinste Gaskonzentrationen werden erkannt – Australische Forscher sehen breiten Einsat

Mit einer winzigen elektronischen Schnüffelnase lässt sich das ätzende und giftige Ammoniakgas sicher nachweisen. Sie kann sowohl im medizinischen als auch im energietechnischen Bereich eingesetzt werden, so die Entwicklung der RMIT University (https://www.rmit.edu.au) und des ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (https://www.tmos.org.au) der University of Melbourne (https://www.unimelb.edu.au/). „Unser Sensor kann selbst kleinste Konzentrationen von Ammoniak erkennen. Er ist außerdem in der Lage, Ammoniak selektiver als bisher eingesetzte Sensoren zu erkennen“, so Forschungsleiter Nitu Syed.

Herzstück dünner Zinkoxidfilm

Herzstück ist ein hauchdünner Film aus Zinnoxid, das in einen Stromkreis integriert ist. Bei Kontakt mit Ammoniak verändert sich sein elektrischer Widerstand, was dem Stromkreis natürlich nicht verborgen bleibt. Er zeigt die Änderung an, die proportional zur Konzentration des Gases ist.

Weltweit werden jährlich 235 Mio. Tonnen Ammoniak produziert, die vor allem für die Herstellung von Düngemitteln benötigt werden. Sowohl in der chemischen Industrie, die das Gas herstellt, als auch bei den Düngemittelherstellern könnte der Sensor zum Schutz der Mitarbeiter eingesetzt werden. Dieser Bereich könnte sich allerdings stark ausweiten. Ammoniak gilt als einer der besten Träger von Wasserstoff für den Transport. Der Sensor könnte also in Solar- und Windfarmen mit angeschlossener Ammoniakproduktion, auf Tankern, die das Gas in flüssiger Form transportieren sowie an den Terminals Verwendung finden, an denen die Fracht gelöscht wird.

Sensor „riecht“ sogar Krankheiten

Ammoniak ist zwar für den Menschen schädlich. In geringer Konzentration kommt das Gas allerdings auch in der Atemluft vor. Dieser Biomarker kann zur Diagnose von Nieren- und Lebererkrankungen dienen. Da die neue Schnüffelnase selbst geringste Konzentrationen aufspürt, lässt sie sich auch in der Medizin nutzen. „Aktuelle Geräte zur Ammoniakerkennung sind zwar sehr genau, erfordern jedoch teure Laborausrüstung und qualifizierte Techniker sowie umfangreiche Probenahmen und Vorbereitungen“, sagt Syeds Kollege Chung K. Nguyen.

Die Herstellung des Sensors ist denkbar einfach. „Wir gewinnen den Zinnoxidfilm direkt von der Oberfläche geschmolzenen Zinns bei 280 Grad Celsius“, verrät der RMIT-Ingenieurswissenschaftler Ylias Sabri. „Dieser Film ist 50.000 Mal dünner als Papier. Wir benötigen nur einen einzigen Syntheseschritt, ohne giftige Lösungsmittel, Vakuum oder sperrige und teure Instrumente.“