Forschung
Das Feuer im Laserlicht
Es gibt wenige Dinge, ohne die man sich die Existenz des Menschen nicht vorstellen könnte. Zu ihnen zählt zweifellos das Feuer. Derzeit werden jährlich fossile Energievorräte verbraucht, die sich in einigen 100.000 Jahren gebildet haben. Die hierbei entstehenden Schadstoffe, wie z.B. Schwefel- und Stickoxide, führen zu den bekannten unerwünschten Veränderungen in der Atmosphäre ("Sommersmog") und Biosphäre ("Waldsterben") der Erde. Das freigesetzte CO2 beeinflußt, den Wärmehaushalt der Erde und wird nur relativ langsam wieder aus der Atmosphäre entfernt. Trotz aller Bemühungen um alternative Energiequellen beruht zur Zeit immer noch etwa 90% der Weltenergieversorgung auf der Nutzung von Verbrennungsprozessen. Durch möglichst rasches Handeln bei der Optimierung von technischen Verbrennungsprozessen können langfristige Folgen wenigstens abgemildert werden. Die Entwicklung umweltfreundlicher und effizienter neuer Verbrennungsverfahren kann in Zukunft jedoch kaum noch wie bisher auf überwiegend empirische Weise durch "trial and error" rasch genug vorangebracht werden. Es ist vielmehr ein radikal neuer Ansatz notwendig. Dieser besteht darin, Verbrennungsvorgänge nicht mehr summarisch zu beschreiben, sondern aus ihren mikroskopischen chemischen und physikalischen Prozessen zusammenzusetzen und daraus die sichtbaren Wirkungen abzuleiten. Auf diese Weise ist es möglich, die Bildung von Schadstoffen oder den unvollständigen Ablauf der Verbrennung von den Ursachen her zu erkennen und aufgrund dieser Kenntnisse mit Hilfe mathematischer Modelle Wege zu optimalen Lösungen zu finden. Der Weg der mathematischen Modellierung verbunden mit der laserspektroskopischen Analyse technischer Verbrennungsprozesse wird seit mehreren Jahren in Heidelberg im Rahmen des Interdisziplinären Zentrums für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) und den damit verbundenen Sonderforschungsbereichen 359 sowie der Arbeitsgemeinschaft TECFLAM beschritten.
Die Feuerforschung kann besonders in Heidelberg auf eine lange Geschichte zurückblicken, die möglicherweise bis zu den Tagen des "homo heidelbergensis" von Mauer zurückreicht und in der Mitte des vergangenen Jahrhunderts durch die Entdeckung der Spektralanalyse im Rahmen der Zusammenarbeit zwischen dem Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und dem Physiker Gustav Kirchhoff in Heidelberg einen entscheidenden Impuls bekommen hat. Noch ganz unter dem Eindruck dieser neuen Entdeckung schrieb Bunsen am 15. November 1859 an seinen englischen Freund Henry Roscoe:
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"Im Augenblick bin ich und Kirchhoff mit einer gemeinsamen Arbeit beschäftigt, die uns nicht schlafen läßt. Kirchhoff hat nämlich eine wunderschöne, ganz unerwartete Entdeckung gemacht, indem er die Ursache der dunklen Linien im Sonnenspektrum aufgefunden hat. Hierdurch ist der Weg gegeben, die stoffliche Zusammensetzung der Sonne und der Fixsterne mit derselben Sicherheit nachzuweisen, mit welcher wir Schwefelsäure, Chlor u.s.w. durch unsere Reagentien bestimmen".
Eine Voraussetzung für den Erfolg der Forschungsarbeiten war die nichtleuchtende Gasflamme des berühmten Bunsenbrenners. In die heiße Flamme dieses Brenners gab Bunsen verschiedene Wasserproben, die er auf seinen Wanderungen durch den Odenwald gesammelt hatte. Auf diese Weise gelang es ihm, leuchtende Dämpfe verschiedener im Wasser enthaltener Salze zu erzeugen. Durch Vorsetzen eines Spaltes vor die Flamme und Betrachtung des durch ein Prisma spektral zerlegten Lichtes mit Hilfe eines Fernrohres auf einer Skala wurde von Kirchhoff der Möglichkeit der quantitativen Analyse der Spektren geschaffen. So zeigt das Element Lithium rote, das Element Natrium gelbe, das Element Kalium blau-grüne Spektrallinien in der Flamme. Die sorgfältige Analyse von Spektrallinien ermöglichte Bunsen die Entdeckung und Isolierung einer Reihe bis dahin unbekannter Elemente, wie z. B. des Cäsiums, mit seinen kräftigen blauen (lat. "caesius") Linien im Spektrum. Das originale Cäsium-Präparat von Bunsen befindet sich im Hörsaalgebäude der Chemischen Institute.
- Molekulare Reaktionsdynamik und Katalyse
- In-situ-Prozessdiagnostik und Nachweis von Spurengasen
- Alkali- und Schwermetallnachweis bei der Konversion fester Brennstoffe
Einen ersten Eindruck über die Forschung in unserem Arbeitskreis erhalten sie auch in einem Artikel aus dem Forschungsmagazin „Ruperto Carola“ – Heft 2/96:
Das Feuer im Laserlicht
