Neues elektrochemisches System zum Phosphatnachweis

Ein Forscherteam unter Leitung der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft entwickelt ein neues kompaktes Sensorsystem zur Online-Messung der Phosphatkonzentration in Gewässern.
Kompakte Messzelle mit elektochemischem Sensorsystem zur Online-Messung der Phosphatkonzentration in Gewässern. (Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft/Sebastian Geiger)
Projektierte Messzelle zum Projekt CaFroSens.
Foto: Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft/Sebastian Geiger

Anders als bei bisherigen Systemen erfolgt der Phosphornachweis elektrochemisch ohne Einsatz von externen Nachweissubstanzen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das zweijährige Verbundprojekt CaFroPeSens (Care-Free o-Phosphat electrochemical sensor system) mit über 740 000 Euro.

Der zunehmende Eintrag von Phosphat in Form von Düngern oder über Produkte der Reinigungsindustrie führt zu einer übermäßigen Nährstoffanreicherung der Gewässer und zu einer Verschlechterung der Wasserqualität. Bisherige Nachweisverfahren nutzen eine standardisierte nasschemische Methode. Nachteil: Die Nachweissubstanzen müssen mitgeführt und zum richtigen Zeitpunkt in der richtigen Konzentration zugegeben werden, um überhaupt eine korrekte Bestimmung zu ermöglichen. Zudem ist die Wartung nasschemischer Systeme aufwändig.

Die Partner des in einer Kick-off-Veranstaltung im Januar 2019 am Fraunhofer ICT, Pfinztal gestarteten Verbundprojekts CaFroPeSens wollen nun eine Methode entwickeln, die erstmals eine kontinuierliche Online-Messung der Phosphatkonzentration erlaubt und dabei komplett auf die externe Zugabe von Chemikalien verzichtet. Stattdessen stellt der kompakte Phosphatsensor alle notwendigen Substanzen elektrochemisch bereit. Auch die Konzentration des Phosphats soll elektrochemisch bestimmt werden; bislang erfolgt dies mit optischen Methoden. Ziel der Forschenden ist, mit dem Sensor in Zukunft die wesentlich größeren, nasschemischen Nachweissysteme zu ersetzen.

Weiterhin arbeiten die Verbundpartner an der Entwicklung einer Multiparametersonde, in der der neue Sensor eingebunden werden soll. Hierbei verfolgen sie ein „Smart-Sensor"-Konzept: Die autark arbeitende Sonde wird zusätzlich mit weiteren Sensoren wie zum Beispiel Temperaturfühler, pH-Meter oder auch Leitfähigkeitssensor ausgerüstet und soll alle Messwerte automatisch erfassen und übermitteln.

Am Verbundprojekt beteiligt sind neben dem Institut für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft die Gebrüder Heyl Analysentechnik GmbH & Co. KG, Hildesheim, die SEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG, Kaufbeuren sowie das in Pfinztal ansässige Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT.

Das Verbundprojekt „CaFroPeSens" wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil der Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz", Anwendungsbereich „Nachhaltiges Wassermanagement" unterstützt. Die Maßnahme gehört zum BMBF-Programm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung" (FONA³).