Elektrochemischer Sensor für Süß- und Salzwasser
(Ausgabe 1 / 2025) Die Überwachung der Wasserqualität ist für das Verständnis und den Schutz mariner Ökosysteme von entscheidender Bedeutung. In der Meeresbiologie trägt die kontinuierliche Überwachung der Wasserqualität maßgeblich zum besseren Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf biologische Prozesse in den Gewässern bei.
Kollaboration an der FHV und die Frage nach dem Warum
Ziel des FFG COIN-Projekts DEEP11 ist es, einen Sensor zu entwickeln und herzustellen, der speziell für die Umweltüberwachung und das Messen der Auswirkungen der globalen Erwärmung konzipiert ist. Es handelt sich um ein kollaboratives FHV-Projekt des Forschungszentrums Mikrotechnik und der Forschungsgruppe Smart Engineering Technologies – SET. Das innovative Sensorsystem soll drei Umweltparameter kontrollieren: die O₂-Konzentration, den pH-Wert und die Temperatur. Steigende Temperaturen und der Klimawandel werden durch die Emission von Treibhausgasen (THG) verursacht. Das wichtigste anthropogene THG ist Kohlenstoffdioxid. Die hohen CO2-Emissionen in die Atmosphäre führen zu einem Anstieg der CO2-Konzentration in den Meeren und folglich zu einem Absinken des pH-Werts. Wasserorganismen sind an bestimmte pH-Bereiche angepasst, ein anhaltender pH-Wert außerhalb dieses Bereichs kann sich negativ auf ihr Überleben auswirken. Im Speziellen können invasive Algentypen die Bildung anderer Lebensgemeinschaften stören oder sogar verhindern. Aber nicht nur der pH-Wert spielt eine wichtige Rolle für Unterwasserökosysteme, sondern auch der gelöste Sauerstoff, der Auskunft über die Photosynthese-Aktivität gibt. Erst die Entwicklung eines miniaturisierten Sensorsystems macht es möglich, durch den Aufbau eines Sensornetzwerks kritische Umweltparameter in unterschiedlichen Wassertiefen zu überwachen.
Woraus besteht das Sensorsystem? – Innovation an der FHV
Die zu entwickelnden Sensoren basieren auf elektrochemischen Messmethoden. Elektrochemische Sensoren messen elektrische Signale, die mit den zu bestimmenden Parametern korrelieren. Alle drei Messgrößen, O₂-Konzentration, pH-Wert und Temperatur, werden auf einem einzigen Chip erfasst und bilden ein Sensorsystem. Das Forschungszentrum Mikrotechnik ist für die Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung des Sensorchips zuständig. Der Betrieb des Sensorsystems wird durch die von der Forschungsgruppe SET entwickelte Elektronik gewährleistet.
Wie und wo wird das fertige Sensorsystem eingesetzt?
Ziel ist es, das neuentwickelte, autonome System aus miniaturisierten Sensoren in natürlichen Ökosystemen einzusetzen. Konkret soll ein solches Sensorsystem in Küstennähe platziert werden, um das Wachstum von neuangelegten Kelp-Feldern zu überwachen. Der Sensor mit Versorgungselektronik wird in einem wasserdichten Gehäuse in Küstennähe versenkt. Die drei Messgrößen werden über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet. Die ermittelten Messdaten geben dann Aufschluss über die Photosynthese-Aktivität in unterschiedlichen Wassertiefen. Die Abschlussphase des Projekts, der Test des Sensorsystems unter natürlichen Bedingungen, wird in Portugal an der Atlantikküste stattfinden. Damit wird die Zusammenarbeit zwischen dem Forschungszentrum Mikrotechnik und der Polytechnischen Universität von Leiria fortgesetzt, die im Rahmen des RUN EU-Konsortiums entstanden ist. Die bereits erzielten Ergebnisse werden auf der Konferenz „Biosensors 2025“ präsentiert.
