Auszeichnung für Innovation zur Detektion von PFAS-Verbindungen
Der Einsatz von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) ist längst
nicht nur umstritten, sondern steht vor einem möglichen EU-weiten Verbot.
Die damit einhergehenden Herausforderungen für Hersteller, die darauf
angewiesen sind, Chemikalien künftig aufwendig zu prüfen, sind
vielschichtig. In einer Kooperation zwischen dem MikroTribologie Centrum
µTC und dem Thüringer Startup Kompass GmbH wurde nun ein innovatives
Messsystem entwickelt, das bisherige Geräte zur Detektion von PFAS-
Verbindungen in Handlichkeit, Flexibilität und Genauigkeit weit
übertrifft. Am 16. November wurde das System mit dem Lothar-Späth-Award
ausgezeichnet, der für besonders wegweisende Innovationen vergeben wird.
PFAS sind eine Gruppe von Chemikalien, die aufgrund ihrer einzigartigen
wasser- und fettabweisenden Eigenschaften in einer Vielzahl von
industriellen Anwendungen verwendet werden. Oft finden sich diese
Substanzen in Produkten wie Imprägniermitteln für Textilien,
Lebensmittelverpackungen, feuerfesten Schaumstoffen und zahlreichen
Schmierstoffen. Neben ihrer Langlebigkeit, die erhebliche Folgen für die
Umwelt hat, bergen PFAS potenziell auch Gesundheitsrisiken.
Einschränkungen oder gar ein weitumfassendes Verbot des Einsatzes von PFAS
– wie in Deutschland bereits angestrebt – bedeutet, dass Hersteller,
Zulieferer und Kommunen vollumfängliche Tests durchführen müssen, die
kosten- und zeitintensiv sind.
Als Alternative zu herkömmlichen Messmethoden, die teuer und aufwendig
sind und auch nicht zum Einsatz im Feld taugen, wurde in einer Kooperation
zwischen der Kompass GmbH und dem MikroTribologie Centrum µTC ein
neuartiges Messgerät zur PFAS-Detektion entwickelt. Das System steht kurz
vor der Markteinführung und wird allen Sektoren dienen, die von einem
PFAS-Verbot betroffen sein werden. Ausgezeichnet wurde die Innovation am
16. November mit dem Lothar-Späth-Award, der besonders wegweisende
Innovationen aus der Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft
würdigt.
Neuartiges Messgerät in länderübergreifender Kooperation entwickelt
Im Rahmen eines Auftrags des Weltskiverbandes (FIS) zur Detektion von
PFAS-Verbindungen in Skiwachsen wurde in enger Zusammenarbeit zwischen dem
in Thüringen ansässigen Startup Kompass GmbH und dem MikroTribologie
Centrum µTC, einem Zusammenschluss zwischen dem Fraunhofer-Institut für
Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und dem Karlsruher Institut für
Technologie (KIT), ein Prototyp für einen einfach nutzbaren »PFAS-Tester«
entwickelt, der heute kurz vor der Markteinführung steht. Die enge
Zusammenarbeit profitierte stark von der Fachexpertise der jeweiligen
Partner: Die Arbeiten der auf Sensortechnologie spezialisierten Kompass
GmbH, die die Entwicklung und Herstellung von Komponenten und Sensorik
beinhaltet, wurde hierbei von der Expertise des MikroTribologie Centrums
µTC komplementiert, das über langjährige Erfahrung sowohl in den Bereichen
der Tribosystembewertung und -optimierung als auch der Werkstoffanalytik
verfügt.
»Bisherige PFAS-Detektionsmethoden, die beispielsweise auf der
Infrarotspektroskopie (FTIR) beruhen, sind meist nicht mobil einsetzbar.
Das bedeutet, dass PFAS-haltige Proben für die Analyse in Messlaboren nur
sehr aufwendig vor Ort untersucht werden können«, erklärt Prof. Matthias
Scherge, Leiter des MikroTribologie Centrums µTC und Leiter des
Geschäftsfelds Tribologie am Fraunhofer IWM. Ein weiteres Problem zeige
sich zudem in der Beschaffenheit der Proben: Die unterschiedlichen
Molekülschwingungen, die die in den Proben angeregt werden, können
überlagert sein, sodass die Auswertung in den FTIR-Analysen nach Energie
und Signalstärke nicht ausreichend ist. Die exakte Auswertung erfordert
daher die Implementierung eines Modells, welches verschiedene
charakteristische Peaks im Spektrum in Beziehung setzt.
Der neu entwickelte PFAS-Tester, im handlichen Handscannerformat, wird
diesen Herausforderungen gerecht. »Das Gerät nutzt einen Messkopf, der
Proben durch Infrarot- und Ultraviolettlicht anregt und Signale
aufzeichnet, die eine breite Palette von Energiebereichen abdecken«,
erläutert Prof. Scherge. Dabei werden Rauheitseffekte minimiert, indem der
Messkopf reflektierend und diffus in verschiedenen Richtungen zur
Oberfläche misst. Zusätzliche Sensoren kompensieren Effekte durch die
Probenfarbe. Die Vielfalt der Sensoren erfordert maschinelle
Datenverarbeitung mit Tools, die auf Künstlicher Intelligenz beruhen und
auf das maschinelle Lernen zurückgreifen. Die integrierte KI-Lösung ist
hardware-technisch codiert und ermöglicht durch Cloud-Anbindung den
Einsatz weiterer Algorithmen für eine umfassende Datenbank. Durch
geeignete Anpassung des Geräts mit Informationen aus Infrarot- und
Röntgenspektren sind nahezu alle PFAS-Verbindungen quantifizierbar.
