Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Hannoverschen Zentrums für Optische Technologien (HOT) der Leibniz Universität Hannover (LUH) ist mit dem Kaiser-Friedrich-Forschungspreis 2020 für Photonische Technologien für den Umwelt- und Klimaschutz ausgezeichnet worden. Das Team um Dr. Ann-Kathrin Kniggendorf und Prof. Dr. Bernhard Roth, der auch Mitglied im Exzellenzcluster PhoenixD der Leibniz Universität Hannover ist, erhielt die Auszeichnung für die Forschung zur Detektion von Mikroplastik in Wasser mithilfe optischer Technologien. Der Preis konnte pandemiebedingt im vergangenen Jahr nicht überreicht werden und wurde nun auf der 4. OptecNet Jahrestagung am 24. November übergeben. Auf der Konferenz treffen sich die maßgeblichen Akteurinnen und Akteure aus Industrie und Wissenschaft, die sich in der Optik- und Photonikforschung in Deutschland engagieren und für einen Wissenstransfer in die Praxis einsetzen.
Das Team des HOT adressiert in seiner Forschung im ausgezeichneten Projekt OPTIMUS eine große gesellschaftliche Herausforderung: die Detektion von Plastikabfall in der Umwelt. Insbesondere geht es dabei um Mikroplastik, also Kunststoffartikel, die kleiner als fünf Millimeter sind und über unterschiedliche Wege in die Umwelt eingebracht werden - etwa als Inhaltsstoffe von Kosmetika, durch Abrieb von Autoreifen, Nebenprodukte in der Produktion oder Zersetzungsprozesse. Sie gelangen auch in Lebensmittel und Trinkwasser und können über die Nahrungskette im Organismus aufgenommen werden. Da sie gesundheitsgefährdend sein können, sind wirksame Methoden zur Detektion und Beseitigung gefragt.
"Das neu entwickelte Verfahren unseres Teams ermöglicht die Überwachung von Mikroplastik im Trinkwasserstrom in Echtzeit und ohne Filter und Probenentnahme", sagt Prof. Dr. Bernhard Roth. Dieses sei eine echte Neuerung auf dem Gebiet, da derzeit solche Untersuchungen nur mit teuren Analyseverfahren im Labor durchgeführt werden können. Geschieht dies nicht unter kontrollierten Laborbedingungen, ist eine nachträgliche Verunreinigung mit Mikroplastik aus der Luft unvermeidlich. Gerade bei Trinkwasseruntersuchungen kann das eine erhebliche Fehlerquelle darstellen. Eine Überwachung des Trinkwassers im Durchfluss, die nötig wäre, um Kontaminationen des Trinkwassers mit Mikroplastiken zeitnah festzustellen, sei derzeit nicht möglich, sagt Roth.
Das prämierte System hingegen ist mobil einsetzbar und benutzt Laserlicht, um Proben zu untersuchen. Dadurch kann die Wasserkontamination mit einer Reaktionszeit von Millisekunden genau bestimmt werden. So können Nutzerinnen und Nutzer schnell auf Verschmutzungen reagieren und beispielsweise die Trinkwasserzufuhr für die Allgemeinversorgung oder die Getränkeproduktion stoppen.
Das ausgezeichnete Projekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurde, heißt OPTIMUS. "Das System arbeitet mit rein optischen Messwerten", erläutert Dr. Ann-Kathrin Kniggendorf, Gruppenleiterin am HOT im Bereich der Umweltanalytik. "Im Betrieb entstehen darum, bis auf die überall notwendige Reinigung und den Betriebsstrom, keine weiteren Kosten."
Das durch die Messung fließende Wasser wird kontinuierlich mit einer Laserschranke überwacht. Eine Kamera zählt zudem alle Partikel, während ein Spektrometer den spezifischen "Fingerabdruck" erfasst. Auch Größe und Form des Mikroplastiks können bestimmt werden, selbst in stark verunreinigten Wasserproben aus Klärwerken. Durch das Sammeln der Partikel kann die Ursache und gegebenenfalls der Verursacher einer Verunreinigung aufgespürt werden.
Zukünftig könnten solche optischen Systeme mittels moderner, additiver Fertigungsmethoden realisiert werden. Diese Ziele verfolgt Roth auch im Exzellenzcluster PhoenixD, das neue Methoden zur Fertigung komplexer Optik entwickelt. Dabei sind die Digitalisierung und Miniaturisierung der Systeme, die Skalierung der Herstellung sowie die automatisierte, intelligente Datenauswertung von entscheidender Bedeutung für die Verbreitung des Verfahrens. Die Kommerzialisierung des Systems wird derzeit durch die Industriepartner vorbereitet.
Weitere Informationen zur Forschung in der Arbeitsgruppe von Prof. Roth:
www.hot.uni-hannover.de und www.phoenixd.uni-hannover.de
Kaiser-Friedrich-Forschungspreis:
Der mit 15.000 Euro dotierte Preis wird alle zwei Jahre zu einem besonderen Schwerpunktthema im Bereich der Optischen Technologien von der Goslarer Stöbich Gruppe an deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Forschung oder Industrie vergeben. In dieser Runde wurden richtungweisende Neuentwicklungen für den Umwelt- und Klimaschutz prämiert. Die eingereichte Arbeit soll neben wissenschaftlicher Exzellenz insbesondere auch die Möglichkeit der praxisorientierten, industriellen Umsetzung aufzeigen, lautete die Vorgabe.
Hinweis an die Redaktion
Für weitere Informationen steht Ihnen Prof. Dr. Bernhard Roth, Leiter des Hannoverschen Zentrums für Optische Technologien (HOT) und Taskgruppenleiter im Exzellenzcluster PhoenixD, unter Telefon +49 511 762 17907 oder per E-Mail unter bernhard.roth@hot.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
