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- Original title:
- Optimierung und Validierung der FTIR-Spektroskopie für die Erfassung von Spurengas-Emissionsraten aus landwirtschaftlichen Quellen
- Translated title:
- Optimazation and Validation of FTIR spectroscopy for the recording of trace gas emission rates of agricultural sources
- Author:
- Depta, Georg
- Year:
- 2001
- Document type:
- Dissertation
- Faculty/School:
- Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan
- Advisor:
- Gronauer, A. (Dr. agr.)
- Referee:
- Knoppik, D. (Prof. Dr. i.R.); Schön, Johann (Prof. Dr. Dr. h. c.); Delgado, Antonio (Prof. Dr.)
- Format:
- Text
- Language:
- de
- Subject group:
- LAN Landbauwissenschaft; UMW Umweltschutz und Gesundheitsingenieurwesen
- Keywords:
- FTIR; FT-IR; Spektroskopie; Emission; Umweltschutz; Klimagase; Landwirtschaft; Tierhaltung; diffuse Quellen
- Translated keywords:
- FTIR; FT-IR; spectroscopy; emission; environmental protection; greenhouse gases; agriculture; animal keeping; diffuse sources
- Controlled terms:
- Tierhaltung Spurengas Messung Infrarotspektroskopie
- TUM classification:
- LAN 660d ; UMW 214d ; UMW 229d
- Abstract:
- Die Agrarwirtschaft, insbesondere die Tierhaltung, muss Ihre Emissionen klima- und umweltrelevanter Gase reduzieren. Dazu werden genaue Daten über das Ausmaß dieser Emissionen und die Wirksamkeit von Minderungsmaßnahmen benötigt. Die Nachweisgrenzen bei der Konzentrationsmessung sollten bei der atmosphärischen Hintergrundkonzentration der einzelnen Gase liegen. Die Ungenauigkeit sollte 3 % nicht überschreiten, Querempfindlichkeiten zu Störgasen müssen vermieden werden. Viele der bisher eingesetzten Techniken erfüllen die gestellten Anforderungen nicht oder nur zum Teil. Nur bei Verfahren, die im IR arbeiten, ist eine Multigasmessung mit einem Gerät möglich. Diese ist aber nötig, weil die Reduktion der Emission eines Gases die Erhöhung eines anderen zur Folge haben kann. Die Fouriertransformierte Infrarot- (FTIR-) Spektroskopie kann diese Ansprüche erfüllen. Die Spektren und Interferogramme werden aufgezeichnet und stehen als " digitalisierte Probe" für weitere Untersuchungen zur Verfügung. Ein weiterer großer Vorteil liegt in der Möglichkeit zur berührungslosen Messung auf einem offenen Pfad von bis zu 500 m Länge, was für weiträumige diffuse Quellen besonders geeignet ist. Bei den aufgezeichneten Interferogrammen wird zuerst die Detektor-Nichtlinearität korrigiert. Dazu wird ein neuer Algorithmus eingeführt, der auf einem Vergleich des unkorrigierten Spektrums mit einem Spektrum aus den nichtlinearen Anteilen des Interferogrammes beruht. Danach wird die Eigenstrahlung aus dem Gerät und die Hintergrundstrahlung hinter der IR-Quelle korrigiert. Erst danach kann die eigentliche Auswertung vorgenommen werden. Dabei wird ein robuster CLS-Algorithmus eingesetzt, der für Atmosphärengase am besten geeignet ist. Die nichtlinearen Abweichungen vom Beerschen Gesetz werden korrigiert. Die Kalibrationsspektren wurden mit Hilfe einer Gaszelle an einer dynamischen Gasmisch- und Erzeugungsstation erstellt, die auch die Einstellung einer H< sub> 2< /sub> O-Konzentration erlaubt. Die Nachweisgrenzen liegen für alle untersuchten Gase bei oder unter der Hintergrundkonzentration, die Ungenauigkeit unter 3 %. Bei einem Vergleichsexperiment in einem abgeschlossenen Tunnelgewölbe lagen die möglichen Unterschiede zwischen den Messmodi " Gaszelle" und " Offenpfad" unterhalb der Nachweisgrenzen. Als Anwendungsfall wird für die offene Pfadmessung der erfolgreiche Vergleich 4 verschiedener Ausbringtechniken für Flüssigmist bezüglich ihrer NH< sub> 3< /sub> -Emissionen im Praxismaßstab geschildert. Als Beispiel für geführte Quellen wird die Emissionsmessung an einem Schweinestall mit zentraler Unterflurentlüftung herangezogen. Mit den erreichten Fortschritten bei der FTIR-Spektroskopie für die Umweltforschung wurde der Agrarwissenschaft ein Instrument an die Hand gegeben, mit dem sich die gasförmigen Emissionen aus der gesamten Prozesskette der Tierhaltung erfassen lassen. Eine genaue Quantifizierung ist möglich, die Effizienz von Minderungsmaßnahmen kann belegt werden.
- Translated abstract:
- Agriculture, esp. animal keeping, has to reduce emissions of greenhouse and environmental harmful gases. For this, exact data are needed of the extent of these emissions and the effectiveness of reduction measures. The detection limits of concentration measurements should be at ambient air level of the gases. Inaccuracy should not be more than 3 %; cross sensing to other gases has to be avoided. Until now, many of the techniques used do not or only partly fulfill these requirements. Only with techniques working in IR a multi-gas measurement is possible with only one device. This is necessary because the reduction of the emission of one gas can lead to an increase of the other. Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy can fulfill these requirements. Spectra and interferograms are recorded and available as "digitalized samples" to additional examination. A further big advantage is laying in the possibility of contactless measurements at an open path of up to 500 m length, esp. suited to wide area diffuse sources. With the interferograms recorded, at first detector nonlinearity is corrected. For this a new algorithm is introduced based on a comparison of the uncorrected spectrum with a spectrum of the nonlinear share of the interferogram. After this, self-radiation of the instrument and background radiation behind the IR source is corrected. Only just after this the actual analysis can be done. For this, a robust CLS algorithm is used best suited for atmospheric trace gases. Nonlinear deviations from Beer's law are corrected. Calibration spectra were recorded with the help of a gas cell at a dynamic gas mixing and generating station, which is allowing adjusting H2O concentration as well. Detection limits are under or at ambient air level for all gases under inspection, inaccuracy is below 3 %. At a comparison experiment in a tunnel vault the differences between gas cell and open path modus were laying under the detection limits. As a case of application of the open path modus the successful comparison of 4 different spreading techniques concerning their NH3 emission at practical scale is shown. As an example for point sources, the emission measurement at a pigsty with central under-floor exhausting is used. With the progress made with FTIR spectroscopy for environmental research, an instrument is given to agricultural science, which allows recording emissions from the whole process chain of animal keeping. An accurate quantification is possible; efficiency of reduction measures can be verified.
- Publication :
- Universitätsbibliothek der TU München
- WWW:
- https://mediatum.ub.tum.de/?id=603184
- Date of submission:
- 11.08.2000
- Oral examination:
- 30.01.2001
- File size:
- 3670933 bytes
- Pages:
- 226
- Urn (citeable URL):
- https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss2001013008874
- Last change:
- 27.09.2005
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