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Gassensorik

„Wir revolutionieren die Branche“

 „Wir revolutionieren die Branche“

Mit einer völlig neuen Technologie drängt die FaradaIC Sensors GmbH in den Markt der elektrochemischen Gassensoren. Das Ergebnis ist winzig klein und kann, ähnlich wie bei MEMS, direkt auf einen Mikrochip montiert werden. Rainer Ihra, Head of Business Development, berichtet über Vorteile und Einsatzmöglichkeiten. 

 

Herr Ihra, welche spezifischen Vorteile bietet der erste elektrochemische Sensor auf einem Mikrochip zu bisher am Markt erhältlichen Sensoren? 

Ein entscheidendes Argument für moderne Sensoren und Produkte in der Automatisierung generell ist ganz zuerst die Größe – je kleiner, desto besser. Darum sehen wir als einen sehr wichtigen Vorteil unserer neuen Technologie die Miniaturisierung. Bisher waren elektrochemische Sensoren so groß wie eine Walnuss, wir liefern technisch gleichwertige Ausführungen im Formfaktor 2 x 2 mm.  

Stromverbrauch und Geschwindigkeit sind zwei Punkte, die kommen mit der Größe. Je kleiner ein Sensor ist, desto geringer ist sein Stromverbrauch, wir sprechen hier von Nanoampere. Dadurch sind die Messzeiten sehr viel geringer. Darum sind unsere elektrochemischen Sensoren auch sehr viel selektiver – etwa im Vergleich zu MOX-Sensoren. 

Wir zielen zu Beginn auf Anwendungen mit hohen Stückzahlen, hierin sehen wir unseren großen Vorteil, dafür gibt es einen immensen Bedarf in der Branche. Und wir können deutlich günstiger produzieren: Ein bisher erhältlicher einfacher Sensor kostet derzeit noch 60 Euro, weil er von Hand mit flüssigem Elektrolyt gebaut werden muss. 

 

Bei Ihnen läuft die Herstellung anders? 

Ja, auf jeden Fall. Denn wir als FaradaIC haben ein Elektrolyt entwickelt, das wir als Solid Polymer bezeichnen. Dieses Material lässt sich sehr gut verarbeiten mit Standard-Halbleiterprozessen und auf einem Microchip in einem sehr kleinen Formfaktor unterbringen. Da es sich um ein festes Elektrolyt handelt, haben wir keine Pro­bleme mit Alterung. Ein bisheriger standard-elektro­chemischer Sensor mit einer maximalen Einsatztemperatur von 50 °C trocknet aus, weil die Flüssigkeit verdunstet. Wir sind stabil bis 85 °C. 

Wie lange hat die Entwicklung der neuartigen Sensoren gedauert? 

Unser CEO Dr. Ryan Guterman hat über zehn Jahre nur zum Thema der neuartigen Elektrolyte geforscht. Und ihm kam die Idee, das mit einem Mikrochip zu kombinieren. Aufgrund der erzielten Erfolge wurde dann vor zwei Jahren die FaradaIC Sensors GmbH gegründet. Durch die Messung des Sauerstoffs haben sich von Anfang an zahlreiche Use Cases ergeben. Und es ist ziemlich cool, dass das Geschäft relativ schnell Fahrt aufnehmen konnte.  

Als Ergänzung bieten wir ein Evaluierungstool mit zwei Sensormodulen an, das zusätzlich auch Temperatur und Luftfeuchtigkeit misst. Der integrierte USB-C Anschluss versorgt das System mit Strom und trans­feriert die Daten zur Auswertesoftware in die eigens ­dafür entwickelte Cloud.  

Wie funktioniert Ihr neuer Sensor? 

Wir haben die MECS-Technology entwickelt.. Das steht für ­Micro-Electro-Chemical-Systems und bedeutet, dass wir mithilfe der Elektrochemie Gase auf Chips erkennen. Wenn ein Gasmolekül in den Sensor eindringt, kommt es zu einer Redoxreaktion, die einen messbaren Strom erzeugt. Den können wir messen und per Software eine Diagnose erstellen. 

Wie kann die Integration Ihres Sensors die Effizienz und Funktionalität verschiedener industrieller Anwendungen verbessern? 

Die Lebensmittelindustrie ist die Branche, wo besonders der Sauerstoff, den wir ja primär messen, zum Tragen kommt. Darum sehen wir hier momentan unseren Hauptzielmarkt und haben ein erklärtes Ziel: Die Reduzierung von Lebensmittelabfällen durch Optimieren von Verpackungs- und Logistikprozessen, wo derzeit noch bis zu 30 % der transportierten Lebensmittel verschwendet werden. Dies wird möglich, durch eine laufende Überwachung des Sauerstoffgehalts in den Master-Verpackungen, in denen meist eine modifizierte (MAP) oder kontrollierte Atmosphere (CAP) herrscht. Das heißt bei Früchten, wie zum Beispiel Kirschen, maximal drei bis fünf Prozent Sauerstoff.  

Mit der Zeit altert die Ware und der Sauerstoffgehalt pendelt nach unten oder oben. Diese Entwicklung schließt auf den Reifegrad, aber es ist ein unterschiedlich lang dauernder Prozess. Je nach Zustand oder ­äußeren Einflüssen muss ein Sack aus derselben Ernte schon nach zwei Monaten verkauft werden, ein anderer hält ein halbes Jahr durch. Um das zu optimieren, führt der Anwender bisher Stichproben durch, dazu muss er aber Sicherheiten einbauen und er verkauft die Ware zu früh oder junge Ware ist bereits verdorben und landet im Abfall. Das alles ist nicht effizient.  

Unseren Sensor können wir in jeder einzelnen Verpackung unterbringen, die herkömmlichen Varianten muss der Anwender alle paar Monate austauschen. Unser Sensor lässt sich in ein Tag einbauen, das überall zu ­erwerben ist. Außerdem lässt sich die Position jedes Sackes ermitteln. Der Betreiber weiß immer, wo welche Verpackung zu welchem Zeitpunkt ist – und in welcher Qualität. Das Lager wird dann so optimiert, dass ein Prozess gemäß „best in – best out“ ermöglicht wird. Unsere Lösung ist darum für solche Anwendungen extrem professionell, es ist möglich, völlig neue Wege zu gehen. Wir können sofort mit einem hohen Volumen einsteigen – bis zu mehreren Millionen Stück pro Jahr.  

Welche anderen Einsatzbereiche wären denkbar? 

Elektrochemische Sensoren wie unsere könnten zum Beispiel im Sicherheitsbereich zum Einsatz kommen. Beispiele sind Rettungsdienste oder Öl & Gas. Hier sehen wir im Moment nicht die hohen Stückzahlen, die wir anstreben und die für die Entwicklung von FaradaIC wichtig sind.  

Aber da wollen wir hin und über kurz oder lang wird bei jedem neuen Design auch darüber nachgedacht werden, diese neue Technologie in die nächste Generation zu heben. Ich nenne als Beispiel immer gern die Glühlampe: Darüber denkt niemand mehr nach, zuerst war die neue LED-Technologie eine Sensation und jetzt völlig normal. Diesen Zustand streben wir auch an: Dass es ganz normal ist, unsere Sensoren sehr breit einzusetzen, damit zertifizierte Kontrollgeräte sehr lange arbeiten können.  

Ein weiteres Beispiel ist die Medizintechnik: In der Atemgasanalyse geht es zum Beispiel um Consumer- und Fitnessgeräte. FaradaIC hilft seinen Kunden dabei, biometrische Daten aus dem Atemgas zu erschließen. Konsumgüter und Wearables profitieren von den kleinen, leicht integrierbaren Mikrogassensoren und ermöglichen so eine neue Generation von Überwachungsgeräten. 

Es gibt zudem eine Verbindung zu meiner vormaligen Wirkungsstätte: Metirionic stellt mit einem amerikanischen Partner eine neue Generation an Bluetooth-Chips vor, die die auch sehr frische Technologie des Channel Soundings bereits umsetzen können, also die genaue Abstandsmessung durch Wände und Hindernisse, wie zum Beispiel verpackte Lebensmittel, hindurch. Metirionic besitzt für ­diese präzise Abstandserkennung und Positionierung die wichtigsten ­Patente und wir als FaradaIC sind der erste Use Case dieser Kooperation. Denn wir geben noch genauer Auskunft über den Zustand und die Qualität einzelner Einheiten. Gemeinsam können wir Prozesse sehr produktiv automatisieren. Der Betreiber bekommt immer den besten Preis, der Endverbraucher ist zufriedener.  

Dabei geht es nicht vornehmlich um die Technik, sondern vor allem um die praktische Umsetzung. Denn ein Re-Design der eingesetzten Sensoren ist nicht notwendig, wenn unsere neuen MECS-Sensoren zum Einsatz kommen. Es ist für uns positiv, bei einer Anwendung von vornherein einbezogen zu werden, das bringt den meisten Benefit für alle Beteiligten. Wir können aber sicher nicht über Nacht jede Anwendung erschlagen.  

Sie sehen sich also gerüstet für die Zukunft? 

Uns gehen die Argumente nicht so schnell aus, unsere Sensoren bieten nur Vorteile. Wir revolutionieren die Branche und präsentieren die neue Generation an elektrochemischen Gassensoren. Die Technologie steht erst am Anfang und wir wollen führend daran mitarbeiten, diese zu verbreiten. Wir haben die ersten Hürden überwunden und freuen uns über zukünftige Einsätze und weitergehende Ideen. 

Eine schöne Bestätigung ist der AMA-Innovationspreis. Mit ihm im ­Rücken wollen wir unser Produkt auf der Sensor+Test besser bekannt machen und konkrete Produkte vorstellen. Es werden sich in naher ­Zukunft immer mehr Anwender aus immer mehr Branchen für unsere Lösung ­interessieren. Weil die Möglichkeiten völlig neu sind und die ­Anwendung sehr einfach ist – ganz ohne aufwändige Laborgeräte und sehr bequem von außerhalb eines Kühlhauses oder Gefahrenherds zu messen.  

Das gesamte Paket ist ein großer Anreiz für potenzielle Kunden, die das gerne ausprobieren möchten – ganz schnell per Drop-in-Replacement. Vorhandene Lösungen halten bei näherer Betrachtung nicht so lange durch und haben teils massive Einschränkungen. Wir bieten die erste wirklich skalierbare elektrochemische Gassensortechnologie für Milliarden von Geräten in einer Vielzahl von Märkten. 

Autor: Das Gespräch führte Michael Kleine 

Bilder: FaradaIC Sensor GmbH 

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