Innovative Tiefsee-Analytik schont Umwelt: Die Doppelpuls-LIBS-Technologie

Am Meeresgrund lagern große Mengen von wertvollen Mineralien und Metallen, die für moderne Technologien wie E-Autos und Windräder benötigt werden. Eine innovative Methode eröffnet nun neue Möglichkeiten für die umweltfreundlichere Erforschung unserer Ozeane.

Bisher ist die Entdeckung der Vorkommen sehr aufwendig: Tauchroboter nehmen mit Greifarmen Proben, die dann an Bord eines Forschungsschiffs untersucht werden. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat mit der Laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) mittels Doppelpulslaser nun eine Methode zur umweltschonenden Analyse von Materialien in einer Tiefe von 6.000 Metern unter dem Meeresspiegel entwickelt. Gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Greifswald wurde das grundlegende Prozessverhalten im Rahmen eines DFG-Projektes untersucht. Die Methode liefert eine präzise Elementanalyse in Echtzeit und ersetzt die aufwendige Probennahme am Meeresboden.

Die Doppelpuls-Technik nutzt zwei Laserpulse: Der erste Puls erzeugt eine Kavität, also eine Art Hohlraum im Wasser an der Materialoberfläche, der zweite Puls verdampft Material von der Oberfläche und erzeugt ein Plasma, welches die Elemente für die Spektroskop-Analyse enthält. Probleme bereitet dabei der hohe Druck unter Wasser, der es schwierig macht, aussagekräftige Spektren für eine präzise Analyse zu erzeugen.

Optimiert für den Tiefsee-Einsatz

Im Zentrum der aktuellen Forschung steht die Analyse von Materialien bei einem Druck von bis zu 600 bar, wie er in Tiefen von 6.000 Metern unter der Wasseroberfläche herrscht und die Nutzung von Laserpulsen mit Energien von bis zu 150 Millijoule.

Durch die Anpassung der Laserparameter konnte das Team die Messungen für den hohen Tiefseedruck optimieren. Kurze Verzögerungen von 0,5 Mikrosekunden zwischen den Laserpulsen und die präzise Anpassung der Messstartzeitpunkte für das Spektrometer sind dabei entscheidend für die Qualität der gewonnenen Daten.

Die Forschungsergebnisse wurden unter anderem in der Fachzeitschrift „Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy” veröffentlicht (DOI:10.1016/j.sab.2024.106877). Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Projektnummer 454848899 finanziert.