Mikroschadstoffe überwachen Vom Labor bis in die Anlage: Dem Mikroschadstoff auf der Spur

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Mit dem Start des Forschungsprojekts „Mikrograph“ nimmt ein neuer Thüringer Forschungsverbund die Arbeit auf. Ziel ist es, die kontinuierliche Überwachung von Mikroschadstoffen im Abwasser entsprechend der neuen EU-Kommunalwasserrichtlinie zu verbessern. Das Mittel zum Zweck: Ein neuartiges, hochautomatisiertes und kostengünstiges Vor-Ort-Analysesystem zur Detektion chemischer Verunreinigungen – insbesondere für den Einsatz in Kläranlagen

Die Belastung durch Mikroschadstoffe – etwa Arzneimittelrückstände, Pestizide oder PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) – wird bislang meist nur punktuell durch Probenentnahme und zentrale Laboranalysen erfasst. Mit der Novellierung der EU-Kommunalabwasserrichtlinie vom 10. April 2024 setzt die Europäische Union ein deutliches Zeichen: Ab 2035 müssen große Gemeinden die Mikroschadstoffbelastung in Abwässern um 80 Prozent reduzieren – durch umfassendere Datenerhebung und gezielte Behandlung.

Derzeit erfolgt die Analyse von Mikroschadstoffen meist über Einzelproben, die in zentrale Labore transportiert und dort untersucht werden. Diese Methode ist zeitaufwendig und erlaubt keine unmittelbare Reaktion auf akute Belastungen. Das Forschungsvorhaben „Mikrograph“ adressiert diese Herausforderung mit einem innovativen Messsystem, das die Konzentration von Schadstoffen direkt vor Ort erfassen kann und so eine schnelle und zuverlässige Erkennung von Schadstoffen ermöglicht.

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Das neue Thüringer Verbundprojekt vereint führende Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus Thüringen:

• Friedrich-Schiller-Universität Jena (Koordinator Prof. Dr. Andrey Turchanin, AG Turchanin: Entwicklung neuer Sensoren auf Basis des 2D-Materials Graphen, AG Stelter: Weiterentwicklung der Trennsäulentechnologie)

• Analytik Jena (Abgleich mit neuer Referenz-Massenspektrometrie-Technologie und bestehender Analytik)

• Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Lithographische Bauteilfertigung)

• IMMS - Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige (IMMS ) & Lucas Instruments  (elektronische Datenerfassung und Steuerung)

• Microfluidic ChipShop  (Mikrofluidik-Entwicklung)

Das Mikrograph-System basiert auf einer neuartigen Graphen-Feldeffekttransistor-Technologie, die mit bewährten Komponenten aus der Trennsäulen- und Massenspektrometrie kombiniert wird. Ziel ist ein modulares, hochsensibles und anpassbares Messsystem, das sich nicht nur für Kläranlagen, sondern auch für andere Anwendungen im Gesundheits- und Bevölkerungsschutz eignet. „Die Kombination aus hochsensibler Graphen-Sensorik und innovativer Labortechnologie eröffnet neue Möglichkeiten für die Umweltanalytik“, erklärt Oliver Klaeffling, Geschäftsführer der Analytik Jena Gruppe. „Damit leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung künftiger EU-Vorgaben und zur nachhaltigen Sicherung der Wasserqualität.“

Woher kommt das Wasser für morgen?

Mit Blick auf den Klimawandel, steigende Bevölkerungszahlen und den wachsenden Trinkwasserbedarf werden Wasserversorger, die Industrie und die Landwirtschaft zunehmend auf Rohwasser aus Seen, Flüssen und Uferfiltraten angewiesen sein. Die gleichzeitig steigende Belastung von Oberflächengewässern wird dabei zunehmend zur Herausforderung. Neue Sensorsysteme können hier entscheidend dazu beitragen, die Gesundheit der Verbraucher zu schützen und gleichzeitig die Effektivität der Reinigungsverfahren kontinuierlich zu überwachen.

Das Projekt Mikrograph wird vom Freistaat Thüringen vertreten durch das Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Landwirtschaft und Ländlichen Raum aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) mit über zwei Millionen Euro gefördert. Der neue Thüringer Forschungsverbund hat das Potential, den aktuellen Stand der Technik in der Umweltanalytik zu übertreffen und den Standort durch neue Verfahren, Produkte und Dienstleistungen in den Bereichen Gesundes Leben und Gesundheitswirtschaft und Nachhaltige Energie und Ressourcenverwendung wesentlich zu stärken.

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