NMR-Quantensensorik für Umweltanalytik (NQUA)

Per- und Polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) werden in den letzten Jahren zunehmend in Oberflächengewässern und im Abwasser nachgewiesen. Diese PFAS sind mit erheblichen Gesundheits- und Umweltrisiken verbunden – unter anderem, weil sie aufgrund ihrer Persistenz in der Umwelt auch als Ewigkeitschemikalien bezeichnet werden. Aktuelle Technologien umfassen kein System zur Kopplung von Echtzeitdetektion und effektivem Abbau der PFAS.

Zur Behandlung der PFAS kommen im Projekt NQUA schaltbare, keramische Adsorber aus Aluminiumoxid zum Einsatz, die mit unterschiedlichen Modifikatoren dafür optimiert werden PFAS verschiedener Strukturen und Kettenlängen effektiv durch Adsorption aus der Abwassermatrix zu entfernen. Anschließend sollen die Adsorber kontrolliert regeneriert werden und dabei die PFAS aufkonzentrieren. Zur weiteren Behandlung des entstehenden Konzentrats wird ein auf akustischer Kavitation basierender Advanced Oxidation Process (AOP) eingesetzt. Hierfür wird von unserer Arbeitsgruppe mit der Bandelin GmbH ein neuartiger Ultraschall-Reaktor entwickelt. Durch den Ultraschall entstehen im Wasser gas- oder dampfgefüllte Kavitationsblasen, bei deren Kollaps physikalische und chemische Effekte auftreten, die PFAS effektiv eliminieren können. Außerdem wird im NQUA-Projekt vom IIS der Universität Stuttgart zusammen mit NVision Imaging Technologies und der Magritek GmbH ein Technologiedemonstrator eines NMR-Quantensensors gebaut. Dieser Sensor soll PFAS im Abwasser detektieren und mit der PFAS-Entfernung aus keramischen Adsorbern und Ultraschall-Behandlung gekoppelt werden.

NQUA ist Teil des vom BMFTR geförderten Quanderland-Projektverbunds: Quantentechnologische und photonische Systemlösungen für Herausforderungen des Umwelt- und Klimaschutzes, der Biodiversität, der nachhaltigen Energiesysteme und der Ressourcenschonung vom Fraunhofer IAO in Stuttgart. Im Rahmen des Projektverbundes findet auch eine begleitende Nachhaltigkeitsbetrachtung der Einzelprojekte statt.

• Daniel Bogenrieder
• Friederike Scheller