生物质可以转化为有价值的气体。但为了控制这个过程，必须测量水蒸气的量。这是 notoriously difficult，因为其他气体成分会影响测量。通过使用量子级联激光器，这个问题现在已经解决。
我们的许多废物太有价值，不应该简单地焚烧。如果以严格控制的方式回收利用，不仅可以产生热能，还可以用所产生的气体生产有价值的化学物质 — 从氢气到甲烷或甲醇。然而，气体生产过程需要密切监测和调节。
到目前为止，气化的一个非常常见的副产品 — 水蒸气 — 一直是一个特别棘手的问题。为了有效控制气化，准确了解产品气体中的水含量非常重要。然而，传统方法使得测量水含量变得困难。在维也纳的TU Wien（维也纳工艺大学）中，过程工程和光子学的合作，现在使用一种非常特殊的光源解决了这个问题：来自量子级联激光器的太赫兹辐射。最先进的量子技术现在支持环保的生物质回收。
传统测量方法不足
“许多产品气体的化学成分可以使用红外光检测，”正在TU Wien化学、环境与生物工程学院参与CO2Refinery博士项目研究可再生碳系统的Florian Müller解释道。“不同的分子吸收不同波长的红外光。通过测量样品吸收的某个波长的哪一部分，可以确定样品中是否含有某种物质。”
然而，对于水蒸气，这一副产品在气体生产过程中特别重要，这项工作是困难的。“当你将生物质转化为气体时，最终得到的是一种复杂的气体混合物，其中不仅包含水蒸气，还有许多不同的碳氢化合物，”Florian Müller说。并且其中一些在与水相同的频率下吸收红外辐射。这意味着无法准确指出哪个物质是导致吸收的原因，因此无法准确确定产品气体中的水含量。你可以冷却一部分气体样品，然后测量凝结的水量 — 但这需要时间。无法迅速对波动的水浓度做出反应，这使得高效运行变得困难。
TU Wien开发太赫兹辐射源
与此同时，Michael Jaidl正在TU Wien光子学研究所研究太赫兹范围内的激光束，即波长略长于今天普遍用于光谱测量的红外辐射。Michael Jaidl和Florian Müller是老朋友，自学校时代以来就相识 — 所以他们想到将各自的研究领域结合在一起。
Michael Jaidl能够证明可以找到在太赫兹范围内仅被水分子特异性吸收的频率，而不会被在生物质气化厂的产品气体中以显著浓度存在的许多其他物质吸收。因此，检测水蒸气的问题可以通过使用太赫兹辐射而不是通常的红外辐射来解决。
太赫兹辐射难以生成。在TU Wien，研究人员利用量子技术中的技巧制造量子级联激光器 — 这种微小的半导体具有定制的纳米级几何结构，确保在施加电压时仅发出非常特定波长的辐射。这种量子级联激光器需要独自冷却，但两位研究人员成功开发出一种紧凑、便携的设备，可以使用太赫兹光束可靠地测量热产品气体中的水含量。
首次成功测试
“我们方法的一个关键优势是它可以在广泛的水蒸气浓度和温度范围内提供可靠的结果，”Michael Jaidl说。“这是因为我们使用的太赫兹辐射被水蒸气特别强烈吸收 — 这使我们能够使用更紧凑的配置。紧凑设计的另一个主要优势是测量单元的温度波动较小，这降低了错误风险。”
新的方法效果完美的事实在TU Wien的Getreidemarkt校园使用废木材的气体生产实验中得到了证明。现在，两位研究人员及其团队希望进一步改善他们的技术：首先，使其更加便携和用户友好；其次，调查是否可以通过太赫兹技术可靠地检测其他产品气体成分。
