Forschung

Das ThWIC-Projekt KARLSens ermöglicht zukünftig eine flächendeckende, digitale und kontinuierliche Erfassung anthropogener Schadstoffe in industriellen und kommunalen Abwässern.

Die novellierte EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) zur bundesweiten Einführung einer vierten Reinigungsstufe zum Abbau von Spurenstoffen ist ein Meilenstein für den Gewässer- und Gesundheitsschutz, aber auch eine Herausforderung für die Wasserwirtschaft. Sie erfordert neue Konzepte zur Detektion der Spurenstoffe vor Ort und an der Behandlungsanlage, um künftig eine Überwachung rund um die Uhr zu ermöglichen und die Anlagen bedarfsgerecht und ressourcenschonend zu steuern.

Hier setzt das ThWIC-Projekt KARLsens an. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines innovativen Messsystems, mit dem ausgewählte, für die Richtlinie relevante Spurenstoffe automatisch und kontinuierlich erkannt werden können.

Dazu werden innovative photonische Detektionsprinzipien eingesetzt, die die besonderen optischen Eigenschaften (Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR) von Nanostrukturen nutzen. Die Nanostrukturen übersetzen die spezifische Bindung von Schadstoffen an Rezeptoren in ein optisch auslesbares Signal.

So können Abwasseranlagen künftig besser gesteuert, Ressourcen geschont und unsere Gewässer langfristig wirksamer geschützt werden.

dresden elektronik erforscht im Projekt HighPerAsphalt Möglichkeiten, wie Messwerte textiler Flächensensoren erfasst werden und wie deren Messwerte zu einer Aussage über den Zustand der erfassten/gemessenen Fläche führen können. Durch textile Sensoren in Asphalttragschichten, könnten dann einerseits Aussagen über den Straßenzustand erreicht, andererseits aber auch weiterführende Informationen für den Verkehrssektor, wie z.B. Anzahl Fahrzeug, Gewicht der Fahrzeuge generiert werden. Damit könnte neben der Verlängerung der Lebensdauer von Straßen auch ein Mehrwert für die Erfassung städtischer Verkehrsflüsse erreicht werden. Die zentralen Herausforderungen sind eine leistungsfähige Textilbewehrung für Asphalttragschichten mit integrierter Sensorik zu entwickeln, und die Daten der über einer großen Fläche verteilten Sensoren effizient exakt zu erfassen.

Ein besonderer Fokus liegt auf der Erforschung effizienten Kontaktierungen für die textilen Sensoren sowie der alternativen Realisierung von im Asphalt eingebetteter Sensorelektronik. Dabei spielt die Gestaltung des Sensorgitters in der Bewehrung selbst, aber auch die Verwendung von Niedertemperaturasphalten eine entscheidende Rolle. Die Arbeiten aller Partner sollen im Rahmen einer experimentellen Funktionsfläche mit echter und dauerhafter Befahrung erprobt werden.

Langfristig eröffnen die Ergebnisse Möglichkeiten für neue Dienstleistungen, welche die bereits bestehenden Produkte der Verkehrstechnik erweitern und damit das Markpotential für die gesamte Verkehrstechniksparte bei dresden elektronik erhöhen werden.

In der Umweltanalytik, Medizintechnik, Produktions- und Sicherheitstechnik sowie in vielen anderen Lebens- und Arbeitsbereichen ist die Detektion leicht flüchtiger organischer Komponenten, so genannter VOCs (volatile organic compounds) bei geringen Konzentrationen erforderlich. Zur qualitativen und quantitativen Bestimmung derartiger Substanzen und Substanzgemischen eignen sich Messverfahren auf Basis der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS). Diese Art von Geräten ist bereits erfolgreich in verschiedenen Bereichen etabliert, wie beispielsweise bei der Sprengstoff- und Drogendetektion an Flughäfen.

Der wachsende Bedarf an kleinen und tragbaren Gasmesssystemen kann durch heutige Technik nicht bedient werden. EMSIg baut auf einer chipbasierten IMS-Komponente auf und kann durch die Nutzung von Halbleitertechnologien sowohl die künftigen technischen Anforderungen bezüglich Miniaturisierung und Funktionalität abdecken als auch die Fertigung in großen Stückzahlen ermöglichen.

Die Überwindung der aktuell bestehenden Herausforderungen verspricht zukunftsrelevante und wirtschaftlich attraktive Märkte anzusprechen. Dafür hat sich innerhalb des Freistaats Sachsens ein Konsortium aus renommierten wissenschaftlichen Einrichtungen (ZAFT e.V., Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme) und Firmen (dresden elektronik ingenieurtechnik gmbh, STEP Sensortechnik und Elektronik Pockau GmbH, GRAUPNER medical solutions GmbH) zusammengetan. Das Ziel des Vorhabens besteht darin, die grundlegenden Komponenten zu entwickeln, in ein System zu integrieren und die Leistungsfähigkeit anhand von realistischen Anwendungsbedingungen zu untersuchen. Dieses innovative System soll am Projektende in der Lage sein, organische Luftbestandteile kontinuierlich zu detektieren, zu analysieren und selbst in sehr geringen Konzentrationen zu quantifizieren. Gleichzeitig sollen diese zukünftigen Geräte mobil, kostengünstig und energieeffizient im Betrieb sein.

Die Basis des FuE-Verbundprojekts EMSIg bildet eine chipbasierte Komponente des Fraunhofer IPMS. Dieser Chip kombiniert einen miniaturisierten Ionenfilter und -detektor auf kleiner Baugröße und dient als Ausgangspunkt für die Umsetzung als portables Ionenmobilitätsspektrometer. Zusammen mit dem ZAFT wurden in einem vorgelagerten Forschungsprojekt essenzielle Komponenten zum Betrieb des Chips entwickelt. Diese Aktivitäten werden im aktuellen EMSIg-Vorhaben mit Dresden Elektronik ausgebaut und sollen einen Entwicklungsstand erreichen, der die Grundlage für eine produktorientierte Weiterentwicklung darstellt. Die Firmen STEP und Graupner bringen ihre Expertise bezüglich der Anwendung ein und bereichern das Vorhaben durch industriegetriebene Entwicklungsarbeiten und Erfahrungen bei der Vorentwicklung von neuen Produkten.