Über die chemische Detektion für die zivile Sicherheit - Details des EU-Projektes C-BORD

Die Störung und der Missbrauch von Container-Lieferungen durch kriminelle und terroristische Aktivitäten können wirtschaftliche Schäden verursachen und  die öffentliche Sicherheit und Gesundheit bedrohen. Die effiziente, nicht-invasive Kontrolle von Frachtcontainern ist daher von wachsender Bedeutung für Handel und Gesellschaft.
Feldtests zum Forschungsprojekt C-Bord in Rotterdam (IDT), Oktober 2018
Feldtests zum Forschungsprojekt C-Bord in Rotterdam (IDT), Oktober 2018, Foto: H-BRS

Frachtcontainer werden unter anderem für den Schmuggel von

  • geschützten Arten
  • Waffen
  • minderwertigen und gesundheitsschädlichen Konsumgütern
  • Plagiaten
  • gefährlichen oder illegalen Materialien wie Drogen, Explosivstoffen, radioaktiven Quellen und Müll

missbraucht. 

Hoher Frachtdurchsatz und die große Bandbreite der transportierten legalen und illegalen Güter stellt den Zoll vor große Herausforderungen. 

Die Kontrolle von Containern kann aktuell von keinem existierenden Detektionsverfahren alleine bewältigt werden kann. Tatsächlich sind der Umfang und die Qualität der Kontrolle großvolumiger Fracht aus Sicht des Schutzes der Gesellschaft gegenwärtig unbefriedigend.

Ziel des EU-Projektes C-BORD waren die Entwicklung und der Test eines Prototyps für eine umfassende und kosteneffektive Kontrolle von Containern und großvolumiger Fracht zum Schutz der EU-Außengrenzen und der Bevölkerung.

Das Institut für Sicherheitsforschung (ISF) der Hochschule Bonn—Rhein-Sieg beteiligte sich mit der Entwicklung von Probennahme- und Bewertungsverfahren für gasphasen-basierte Detektionssysteme. Das Institut führte die Bewertung der im Projekt entwickelten chemischen Detektionssysteme sowie der Benutzeroberfläche des integrierten Gesamtsystems durch.

Schematische Darstellung des Probennahmeprozesses für Gasphasendetektionsverfahren zur Kontrolle von Frachtcontainern. Das System beinhaltet eine externe Emissionsquelle mit der Probennahme und Detektoren im laufenden Betrieb getestet werden können.
Schematische Darstellung des Probennahmeprozesses für Gasphasendetektionsverfahren zur Kontrolle von Frachtcontainern. Das System beinhaltet eine externe Emissionsquelle mit der Probennahme und Detektoren im laufenden Betrieb getestet werden können.

Innerhalb des Projektes wurden einzelne Detektionstechnologien entwickelt oder verbessert und die Ergebnisse der komplementären Systeme zusammengeführt. Ziel war es, eine über die Summe der Leistungen der Einzelgeräte hinausgehende Kontrolleffizienz des Gesamtsystems zu erzielen.

Die nachfolgend aufgeführten Detektionstechnologien wurden individuell optimiert und zu einem Gesamtkontrollverfahren zusammengeführt:

  • 3D Röntgendurchleuchtungssysteme (3D-Bildgebung mit automatisierter Erkennung verdächtiger Objekte)
  • Tagged Neutron Inspection System (Neutronenbasierte Elementaranalyse von Volumenabschnitten)
  • Chemische Detektionsverfahren luftgetragener Analyten (chemische Detektion von Gasen, Dämpfen und luftgetragenen Partikel)
  • Passive Detektion radioaktiver Materialien (Detektion und Identifizierung radioaktiver Isotope anhand ihrer ionisierenden Strahlung und Unterscheidung von natürlich vorkommenden radioaktiven Materialien)
  • Photoneninduzierte Kernspaltung (Detektion von angereicherten spaltbaren Materialien)

Der Demonstrator dieses Gesamtkontrollverfahrens wurde in den Frachthäfen Rotterdam (Niederlande) und Danzig (Polen), sowie am ungarisch-serbischen Grenzübergang Röszke erprobt.

Das Institut für Sicherheitsforschung (ISF) der Hochschule Bonn Rhein Sieg war mit verschiedenen  Arbeitsgruppen, geleitet von Prof. Dr. Norbert Jung (Informatik) und von Prof. Dr. Peter Kaul (Angewandte Naturwissenschaften), als Projektpartner an dem Vorhaben beteiligt.

Die Aufgaben des ISF im Projekt waren die Entwicklung einer Probennahme- und Anreicherungsmethode für die schnelle, großvolumige Luftprobennahme aus geschlossenen Seecontainern (siehe Abbildung 1), die Entwicklung einer Bewertungsmethodik für gasphasen-basierte Detektionsverfahren, die Bewertung der im Projekt entwickelten chemischen Detektionssysteme, sowie der Benutzeroberfläche des integrierten Gesamtsystems.

Es wurde eine Luftprobennahme für Seecontainer mit einem Volumenstrom von bis zu 120 l/min bei gleichzeitiger Anreicherung schwerflüchtiger Analyten auf beschichteten Stahlgewebefiltern realisiert. Die Extraktion potentiell analythaltiger Partikel aus dem geschlossenen Container konnte mit gepulsten Druckluftstößen unterstützt werden.  Im realen Umfeld konnte die Probenahme getestet werden und wurde in bestehende Kontrollprozesse mit hohem Kontrolldurchsatz eingebunden. Die Wiederfindungsraten für die Schwerflüchter TNT und Kokainhydrochlorid lagen für den entwickelten Filter bei rund 55% bzw. 70%.

Zur Überprüfung von Probennahme und Detektoren wurden externe Emissionsquellen, ein decontaminierbares Containermodell, sowie mit Drogen und Explosivstoffen kontaminierter Feinstaub entwickelt. Diese wurden zur Bewertung der im Projekt entwickelten chemischen Detektionsverfahren eingesetzt.

Das Benutzerinterface des integrierten C-BORD Gesamtsystems mit elektronischer Entscheidungsunterstützung wurde durch die Arbeitsgruppe von Prof. Norbert Jung bewertet. Über das Projektziel hinausgehend wurden Untersuchungen zum chemischen Hintergrund im Container durchgeführt, sowie ein an der Hochschule entwickeltes Multisensorsystem zur Luftüberwachung getestet.

Die Ergebnisse und Erfahrungen aus dem Projekt finden Anwendung in Nachfolgeprojekten z.B.

  • PräventinS (Kontrolle von Fracht auf Invasive Arten)
  • Albero (Überwachung von alternativbetriebenen Fahrzeugen (Gas, Batterie) auf RoPax-Fähren)

 

Flüssigchromatograph-Tandem-Massenspektrometer (LC-MS): Analyse von Drogen und Explosivstoffe im Spurenbereich für die Entwicklung der Probennahme und Testverfahren, sowie der Untersuchung des chemischen Hintergrundes in Containern und Zollabfertigungsber
Flüssigchromatograph-Tandem-Massenspektrometer (LC-MS). Bild: H-BRS

Flüssigchromatograph-Tandem-Massenspektrometer (LC-MS): Zur Analyse von Drogen und Explosivstoffe im Spurenbereich für die Entwicklung der Probennahme und Testverfahren, sowie der Untersuchung des chemischen Hintergrundes in Containern und Zollabfertigungsbereich.

Thermodesorptions-Gaschromatograph-Massenspektrometer (TDs-GC-MS) zurAnalyse von flüchtigen organischen Verbindungen im Spurenbereich für die Entwicklung der Probennahme und Testverfahren, sowie der Untersuchung des chemischen Hintergrundes in Containern.
Thermodesorptions-Gaschromatograph-Massenspektrometer . Bild: H-BRS

Thermodesorptions-Gaschromatograph-Massenspektrometer (TDs-GC-MS): Analyse von flüchtigen organischen Verbindungen im Spurenbereich für die Entwicklung der Probennahme und Testverfahren, sowie der Untersuchung des chemischen Hintergrundes in Containern.

Bilder und Eindrücke des Projektes

Feldtests zum Forschungsprojekt C-Bord in Rotterdam (IDT), Oktober 2018
Prüfung eines Frachtcontainers. Bild: H-BRS
  • Prüfung eines Containers mit gasphasen-basiertem C-BORD Detektor an der Zollstelle Maasvlakte (Hafen Rotterdam)
  • Mobiler Messaufbau für Luftprobennahme und chemische Detektion
Feldtests zum Forschungsprojekt C-Bord in Rotterdam (IDT), Oktober 2018
Blick in das Innere des Messwagens. Bild: H-BRS
  • Mobiler Messaufbau für Luftprobennahme und chemische Detektion
  • Blick in das Innere des Messwagens
Luftprobennahme mit C-BORD Probennahmesystem mit parallel durchgeführten Referenzmessungen
Luftprobennahme mit C-BORD Probennahmesystem. Bild: H-BRS
  • Luftprobennahme mit C-BORD Probennahmesystem
  • Mit parallel durchgeführten Referenzmessungen
  • Zollstelle Maasvlakte (Hafen Rotterdam)
Feldtests zum Forschungsprojekt C-Bord in Rotterdam (IDT), Oktober 2018
Wischprobennahme am Container mit Bananen. Bild: H-BRS
Feldtests im Hafen Rotterdam
  • Probennahme im Hafen Rotterdam
  • Darstellung Verfahren der Probennahme und Testung
C-BORD Kontrollstrecke im Hafen Danzig mit Blick vom mobilen Messaufbau für Luftprobennahme bei laufendem Betrieb
C-BORD Kontrollstrecke im Hafen Danzig
  • C-BORD Kontrollstrecke im Hafen Danzig
  • Blick vom mobilen Messaufbau für Luftprobennahme bei laufendem Betrieb