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Welche Gase können optische Gasbildkameras erkennen? Ein umfassender Leitfaden nach Branchen

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Kameras zur optischen Gasbildgebung (OGI) können Gaslecks sichtbar machen, die für das menschliche Auge völlig unsichtbar sind. Doch hier ist eine Tatsache, die viele Erstkäufer überrascht: Eine OGI-Kamera erkennt nicht alle Gase. Sie erkennt bestimmte Gase anhand der Art und Weise, wie diese

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OGI-Kameras (Optical Gas Imaging) können Gaslecks sichtbar machen, die für das menschliche Auge völlig unsichtbar sind. Doch hier ist eine Tatsache, die viele Erstkäufer überrascht: Eine OGI-Kamera erkennt nicht alle Gase. Sie erkennt bestimmte Gase anhand der Art und Weise, wie diese Gase Infrarotstrahlung bei bestimmten Wellenlängen absorbieren.

Wenn Sie die OGI-Technologie für Ihre Anlage in Betracht ziehen, lautet die erste Frage nicht: „Welche Kamera soll ich kaufen?“, sondern: „Erkennt diese Kamera die Gase, mit denen wir tatsächlich arbeiten?“ Dieser Leitfaden erläutert genau, welche Gase OGI-Kameras erkennen können und welche nicht, gegliedert nach den Branchen, in denen diese Gase vorkommen. Einen tieferen Einblick in die Funktionsweise der zugrunde liegenden Technologie erhalten Sie in unserer Erläuterung der Prinzipien der optischen Gasbildgebungstechnologie.

So funktioniert die OGI-Detektion: Der Zusammenhang mit den Wellenlängen
OGI-Kameras erkennen Gase mithilfe eines Phänomens, das als Infrarotabsorption bezeichnet wird. Viele Gasmoleküle absorbieren Infrarotstrahlung bei bestimmten Wellenlängen – das sind ihre eigenen spektralen Fingerabdrücke. Eine OGI-Kamera verwendet einen Detektor in Verbindung mit einem Spektralfilter, der auf das Wellenlängenband abgestimmt ist, in dem das Zielgas Strahlung absorbiert.

Stellen Sie sich das wie das Einstellen eines Radios vor. Genauso wie Sie die richtige Frequenz einstellen müssen, um einen Sender zu hören, muss eine OGI-Kamera die richtige Wellenlänge einstellen, um ein Gas „sehen“ zu können. Wenn die Kamera auf ein Leck gerichtet ist, absorbiert das Zielgas Infrarotstrahlung aus dem Hintergrund entlang der Sichtlinie, wodurch das vom Detektor empfangene Infrarotsignal abgeschwächt wird. Der Unterschied in der Infrarotstrahlung erzeugt einen Kontrast, der es der Kamera ermöglicht, die Gaswolke darzustellen.

Aufgrund dieses wellenlängenspezifischen Designs kann eine einzelne OGI-Kamera nicht jedes Gas nachweisen. Eine für die Methanerkennung gefilterte Kamera arbeitet in einem anderen Wellenlängenbereich als eine für Schwefelhexafluorid ausgelegte. Das Verständnis dieses Zusammenhangs ist der Schlüssel zur Auswahl der richtigen Ausrüstung.

Wellenlängenbereich Gasgruppe Typische Anwendungen
3,2–3,5 μm Leichte Kohlenwasserstoffe, Methan, VOCs Öl- und Gasindustrie, chemische Verarbeitung
7–8,5 μm Methan, Kältemittel, SO₂ Umweltüberwachung, Klimatechnik, Industrieemissionen
10,3–10,8 μm SF₆, Ammoniak, Ethylen Energieversorgung, Kältetechnik und Petrochemie
4,2–4,4 μm Kohlendioxid (CO₂) Emissionsüberwachung (Spezialkameras)
4,5–4,7 μm Kohlenmonoxid (CO) Verbrennungssicherheit (Spezialkameras)
Gase, die OGI-Kameras erkennen können
Kohlenwasserstoffe und flüchtige organische Verbindungen (VOCs)
Kohlenwasserstoffe stellen die größte Familie der mit OGI-Technologie erkennbaren Gase dar. Dies sind die Gase, die in Öl- und Gasbetrieben, petrochemischen Anlagen und chemischen Verarbeitungsanlagen am häufigsten vorkommen.

VOC-Gasleck an Lagertanks
Methan (CH₄) ist das mit der OGI-Technologie am häufigsten nachgewiesene Gas. Es ist der Hauptbestandteil von Erdgas und kommt in der gesamten Öl- und Gas-Wertschöpfungskette vor – von Bohrlochköpfen und Aufbereitungsanlagen bis hin zu Pipelines und Speicheranlagen. Methan ist zudem der Hauptbestandteil von Biogas und Deponiegas, wodurch es für die Abfallwirtschaft und den Betrieb von Anlagen für erneuerbare Energien von Bedeutung ist. Da Methan ein starkes Treibhausgas ist, hat die Lecksuche weltweit Priorität in Programmen zur Einhaltung von Umweltvorschriften erlangt.

Biomethan – gereinigtes Biogas, das als erneuerbarer Erdgasersatz verwendet wird – weist dieselben Infrarot-Absorptionseigenschaften auf wie herkömmliches Methan. Anlagen, die Biomethan produzieren oder verbrauchen, wie beispielsweise anaerobe Fermenter und Biogasaufbereitungsanlagen, können dieselben OGI-Kameras einsetzen, die auch zur Erdgasleckageerkennung verwendet werden.

Flüssiggas (LPG), hauptsächlich Propan (C₃H₈) und Butan (C₄H₁₀), wird in großem Umfang zum Heizen, Kochen und für industrielle Prozesse genutzt. Diese Gase weisen eine starke Absorption im Wellenlängenbereich der Kohlenwasserstoffe auf und lassen sich mit auf Kohlenwasserstoffe abgestimmten OGI-Kameras sichtbar machen. LPG-Umschlaganlagen, Propan-Tankstellen und petrochemische Anlagen profitieren alle von der OGI-basierten Lecksuche.

Darüber hinaus können OGI-Kameras ein breites Spektrum industrieller Kohlenwasserstoffe erkennen, darunter Ethan, Ethylen und Propylen (wichtige petrochemische Ausgangsstoffe), Benzol, Toluol und Xylol (Lösungsmittel in der chemischen Industrie) sowie gängige Kraftstoffkomponenten wie Benzin, Ethanol und Methanol. Einige fortschrittliche OGI-Systeme können eine Vielzahl flüchtiger organischer Verbindungen sichtbar machen.

Die meisten OGI-Kameras zur Kohlenwasserstofferkennung arbeiten in den Spektralbändern von 3,2–3,5 μm (MWIR) oder 7–8,5 μm (LWIR). Die genaue Wellenlänge bestimmt, welche spezifischen Kohlenwasserstoffe sichtbar sind und mit welcher Empfindlichkeit.

Schwefelhexafluorid (SF₆)
SF₆ ist farblos, geruchlos und äußerst wirksam bei der Verhinderung von Lichtbögen. Leckagen lassen sich jedoch visuell nur schwer erkennen, und SF₆ hat laut Daten der US-Umweltschutzbehörde EPA ein Treibhauspotenzial von 23.500 über einen Zeitraum von 100 Jahren. Das bedeutet, dass die Überprüfung auf SF₆-Leckagen nicht nur für die Wartung der Anlagen wichtig ist, sondern auch für die Emissionskontrolle und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Zur Erkennung von SF₆ ist eine OGI-Kamera erforderlich, die im Wellenlängenbereich von 10,3–10,8 μm arbeitet. Dieser unterscheidet sich grundlegend von dem Wellenlängenband, das zur Erkennung von Kohlenwasserstoffen verwendet wird. Eine standardmäßige, für Methan optimierte OGI-Kamera kann SF₆ nicht erkennen und umgekehrt. Energieversorger und Hersteller elektrischer Anlagen müssen eine Kamera wählen, die speziell auf das SF₆-Absorptionsband gefiltert ist.

Für Anlagen mit Hochspannungsinfrastruktur ist die SF₆-Leckageerkennung nicht nur ein Wartungsproblem. In der EU unterliegt SF₆ der F-Gas-Verordnung (Verordnung (EU) 2024/573), die Anforderungen hinsichtlich Eindämmung, Leckageprüfung, Kennzeichnung, Aufzeichnungspflicht und schrittweiser Reduzierung für fluorierte Treibhausgase enthält.

Ammoniak (NH₃) und industrielle Kältemittel
Ammoniak (NH₃) wird in großem Umfang in industriellen Großkühlsystemen, Kühlhäusern und bei der Düngemittelherstellung eingesetzt. Es ist in erhöhten Konzentrationen giftig und stellt bei einem Austritt sowohl Gesundheits- als auch Sicherheitsrisiken dar. Ammoniak absorbiert Infrarotstrahlung im Bereich von 10,3–10,8 μm, ähnlich wie SF₆, was bedeutet, dass es von LWIR-OGI-Kameras erfasst wird.

In der industriellen und gewerblichen Kältetechnik kommen zudem fluorierte Kältemittel wie R-134a, R-152a und R-123 zum Einsatz. Viele dieser Kältemittel absorbieren im Bereich von 7–8,5 μm und sind mit entsprechend gefilterten OGI-Kameras nachweisbar. Für Lebensmittelverarbeitungsbetriebe, Betreiber von Kühlkettenlogistik und Wartungsteams im Bereich Heizung, Lüftung und Klimatechnik stellt die Möglichkeit, Kältemittellecks sichtbar zu machen, ohne die Anlagen abschalten zu müssen, einen erheblichen betrieblichen Vorteil dar.

Schwefeldioxid (SO₂)
Schwefeldioxid (SO₂) ist ein häufiges Nebenprodukt von Verbrennungsprozessen und industriellen Abläufen. Es entsteht bei der Stromerzeugung, beim Schmelzen, bei der Schwefelsäureherstellung sowie durch Schiffsemissionen. SO₂-Emissionen werden in vielen Ländern aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Luftqualität und die öffentliche Gesundheit reguliert.

Wärmebild, das die Erkennung von SF₆-Gaslecks an Industrieventilen mithilfe einer OGI-Kamera zeigt
SO₂ absorbiert Infrarotstrahlung im Bereich von 7–8,5 μm, wodurch es mit denselben LWIR-Kameratypen nachweisbar ist, die auch zur Methan- und Kältemittelerkennung verwendet werden. In Anlagen mit Emissionsüberwachungsauflagen kann eine auf dieses Wellenlängenband abgestimmte OGI-Kamera dabei helfen, SO₂-Lecks und -Ableitungen zu identifizieren, ohne dass die Anlagen abgeschaltet werden müssen.

Spezialindustriegase
Mehrere andere Industriegase fallen ebenfalls in den Erfassungsbereich von OGI, erfordern jedoch häufig spezielle Kamerakonfigurationen:

Ethylenoxid – wird zur Sterilisation und in der chemischen Synthese verwendet
Kohlendioxid (CO₂) – nachweisbar bei 4,2–4,4 μm, hierfür ist jedoch eine Spezialkamera erforderlich, die in den meisten OGI-Produktportfolios nicht standardmäßig enthalten ist
Kohlenmonoxid (CO) – nachweisbar bei 4,5–4,7 μm, erfordert ebenfalls Spezialausrüstung
Gase, die OGI-Kameras nicht erkennen können
Transparenz hinsichtlich der Einschränkungen ist wichtig. OGI-Kameras können keine Gase erkennen, die keine Infrarotstrahlung in den Wellenlängenbereichen absorbieren, in denen OGI-Kameras arbeiten. Zu den bekanntesten Beispielen gehören:

Gas Grund für die Nicht-Erkennbarkeit Alternative Erkennungsmethode
Sauerstoff (O₂) Keine Infrarotabsorption in den OGI-Bändern Elektrochemische Sensoren
Stickstoff (N₂) Keine Infrarotabsorption in den OGI-Bändern Wird in der Regel nicht auf Leckagen überwacht
Wasserstoff (H₂) Keine Infrarotabsorption in den OGI-Bändern Katalytische oder elektrochemische Sensoren
Helium (He) Keine Infrarotabsorption in den OGI-Bändern Leckdetektoren mit Massenspektrometrie
Diese Einschränkung ist kein Mangel der OGI-Technologie – es handelt sich um eine physikalische Begrenzung. Diese Gase sind zweiatomig oder einatomig und verfügen nicht über die molekularen Schwingungsmoden, die Infrarot-Absorptionsbänder erzeugen. Wenn in Ihrer Anlage Wasserstoffsysteme zum Einsatz kommen (beispielsweise in Brennstoffzellen oder bei der Ammoniakproduktion), benötigen Sie neben OGI ergänzende Detektionstechnologien.

Auswahl der richtigen OGI-Kamera nach Gasart
Die praktische Frage für die meisten Käufer ist einfach: „Ich arbeite mit diesen Gasen – welche Kamera brauche ich?“ Der Auswahlprozess umfasst drei Schritte.

Schritt 1: Erstellen Sie eine Liste der Gase, die Sie erkennen müssen. Beginnen Sie mit Ihren Prozessablaufdiagrammen, Sicherheitsdatenblättern und behördlichen Anforderungen. Raten Sie nicht – die falsche Wellenlänge bedeutet, dass die Kamera das Leck nicht erkennt.

Schritt 2: Ermitteln Sie das Wellenlängenband für diese Gase. Nutzen Sie die folgende Tabelle als Schnellübersicht.

Schritt 3: Ordnen Sie die Wellenlänge einer Kamera mit dem richtigen Spektralfilter zu.

Gasart Wellenlänge Beispiel für eine Kamerakonfiguration
Methan, Biomethan, LPG, leichte Kohlenwasserstoffe 3,2–3,5 μm oder 7–8,5 μm MWIR- oder LWIR-Kamera, auf Kohlenwasserstoffe abgestimmt
SF₆, Ammoniak, Ethylen 10,3–10,8 μm Spezielle LWIR-Kamera mit 10,55-μm-Filter
Kältemittel (R-134a, R-152a) 7–8,5 μm LWIR-Kamera, auf Kältemittel abgestimmt
SO₂ 7–8,5 μm LWIR-Kamera (gleiches Band wie Methan/Kältemittel)
CO₂, CO 4,2–4,7 μm Spezialkameras (keine Standard-OGI-Kameras)
In Anlagen, in denen mehrere Gasfamilien gehandhabt werden, kann eine einzelne OGI-Kamera in der Praxis möglicherweise nicht alle Anforderungen abdecken. Manche Betriebsabläufe erfordern mehrere Kameras mit unterschiedlichen Filtern. Andere können von Multisensor-Überwachungssystemen profitieren, die OGI mit anderen Detektionstechnologien kombinieren, um eine umfassende Abdeckung zu gewährleisten.

Empfehlungen von Raythink für OGI-Kameras
Raythink bietet OGI-Kameras an, die für unterschiedliche Anforderungen an die Gasdetektion konfiguriert sind. Die tragbare OGI-Kamera RG630C arbeitet im Bereich von 7–8,5 μm, einem Band, das die Absorptionseigenschaften von Methan, Kältemitteln, SO₂ usw. abdeckt.

Die tragbare OGI-Kamera RG630F ist für die langwellige Gasdetektion im Bereich von 10,3–10,7 μm ausgelegt und deckt Gase wie SF₆, Ammoniak, Ethylen und Propylen ab.

Für die kontinuierliche Perimeter- oder Flächenüberwachung bietet das explosionsgeschützte Gasbildgebungssystem TE464G1 eine fest installierte Abdeckung für ein breites Spektrum an Kohlenwasserstoffen.

RG630C OGI-Handkamera
RG630C OGI-Handkamera
RG630F OGI-Handkamera
RG630F OGI-Handkamera
TE464G1 explosionsgeschützte PTZ-Gasbildkamera
TE464G1 explosionsgeschützte PTZ-Gasbildkamera
Zusammenfassung
OGI-Kameras sind wirksame Werkzeuge zur Visualisierung von Gaslecks, doch ihre Wirksamkeit hängt in erster Linie von der Wellenlängenanpassung ab. Eine Kamera erkennt nur die Gase, die Infrarotstrahlung innerhalb des von ihr verwendeten spezifischen Filterbandes absorbieren. Die Beispiele in diesem Leitfaden gruppieren Methan und leichte Kohlenwasserstoffe in einem Band, SO₂ und Kältemittel in einem anderen sowie SF₆ und Ammoniak in einem dritten; in der Praxis können Kameras jedoch überlappende oder leicht abweichende Bänder verwenden, und manche Gase lassen sich mit mehr als einer Filterkonfiguration erkennen. Bevor Sie sich für ein Gerät entscheiden, sollten Sie die in Ihrer Anlage verwendeten Gase auflisten, deren Absorptionswellenlängen ermitteln und diese Wellenlängen der richtigen Kamerakonfiguration zuordnen. Wenn Sie Hilfe bei der Zuordnung Ihrer Anforderungen an die Gasdetektion zur passenden OGI-Lösung benötigen, wenden Sie sich an Raythink für eine technische Beratung oder eine Produktvorführung.

Häufig gestellte Fragen
Aus welcher Entfernung kann eine OGI-Kamera ein Gasleck erkennen?
Es gibt keine einheitliche Erkennungsreichweite für alle Situationen. Die Reichweite hängt von der Brennweite des Objektivs, der Größe und Konzentration des Lecks, dem radiometrischen Kontrast, der durch die gasabsorbierende Infrarotstrahlung im Hintergrund entsteht, den Windverhältnissen und der Empfindlichkeit des Kameradetektors ab. Handgeführte OGI-Kameras werden üblicherweise aus einer Entfernung von wenigen Metern bis zu mehreren Dutzend Metern eingesetzt, während Systeme mit Objektiven längerer Brennweite unter günstigen Bedingungen größere Entfernungen abdecken können.

Kann eine OGI-Kamera die genaue Quelle eines Lecks identifizieren?
Eine OGI-Kamera zeigt die sichtbare Gaswolke an, was Ihnen hilft, den allgemeinen Bereich eines Lecks zu lokalisieren. Bei sehr kleinen Lecks oder komplexen Anlagen kann sich die Gaswolke ausbreiten, bevor sie sichtbar wird; daher erfordert die genaue Punktquelle möglicherweise eine genauere Untersuchung oder Bestätigung durch ein ergänzendes Lecksuchgerät.

Kann eine OGI-Kamera mehrere Gase gleichzeitig erkennen?
Eine einzelne OGI-Kamera kann mehrere Gase sichtbar machen, sofern diese Gase Infrarotstrahlung im gleichen Wellenlängenband absorbieren. Die Kamera kann jedoch nicht anzeigen, um welches spezifische Gas es sich handelt. Gase, die in unterschiedlichen Wellenlängenbändern absorbieren, erfordern Kameras mit unterschiedlichen Spektralfiltern.

Wie schneidet OGI im Vergleich zu herkömmlichen Gasdetektoren ab?
Herkömmliche Punktsensoren oder „Sniffer“ messen die Gaskonzentration an einer Stelle und können Gase erkennen, die OGI nicht erfassen kann, wie beispielsweise Wasserstoff. OGI deckt größere Bereiche aus der Ferne ab und erzeugt ein visuelles Bild des Lecks. Die beiden Ansätze werden oft gemeinsam eingesetzt: OGI für die schnelle visuelle Überprüfung und Punktsensoren oder Analysegeräte für die Quantifizierung und Bestätigung.