Das ThWIC-Projekt KARLsens adressiert eine flächendeckende, digitale und quasikontinuierliche Erfassung anthropogener Schadstoffe in industriellen und kommunalen Abwässern.

Mikroschadstoffe, wie Medikamentenrückstände und Industriechemikalien, die durch die aktuelle dreistufige Abwasserreinigung nicht entfernt werden können, bergen ein hohes Gesundheitsrisiko für Menschen und Tiere. Deshalb ist der Nachweis dieser Mikrokontaminanten im geklärten Abwasser von enormer Wichtigkeit. Nach dem Beschluss der Europäischen Union im Jahr 2024 wurde die Kommunale Abwasserrichtlinie (KARL) verabschiedet. Diese sieht die Entfernung dieser Substanzen in einer vierten Reinigungsstufe in naher Zukunft vor, stufenweise von 2033 bis 2045. Verursacher wie die chemische Industrie müssen zukünftig nachweisen, in welchem Umfang diese Mikroschadstoffe eingeleitet werden.

Hier setzt das Projekt KARLsens an. Ziel des Projekts, welches im Rahmen des Thüringer Wasser-Innovationsclusters (ThWIC) startete, ist die Entwicklung eines innovativen Messsystems, mit dem ausgewählte, für die Richtlinie relevante Spurenstoffe automatisch und regelmäßig erkannt werden können. Dazu werden innovative photonische Detektionsprinzipien eingesetzt, die die besonderen optischen Eigenschaften (Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR) von metallischen Nanostrukturen nutzen. Die Nanostrukturen ‚übersetzen‘ die spezifische Bindung von Schadstoffen an Rezeptoren in ein optisch auslesbares Signal. Das KARLsens-Messsystem nutzt zwei intelligente Module zur Überwachung chemischen Abwassers: ein Modul (HF-Modul) gibt einen schnellen Überblick zur Schadstoffbelastung; das andere (MA-Modul) liefert ein detailliertes Bild.

Das Team am Leibniz-IPHT übernimmt in diesem Vorhaben die Entwicklung von Mikroarray-Sensorchips mit plasmonischen Sensor-Nanostrukturen. Außerdem wird der für den Nachweis der Schadstoffe notwendige Multiplex-Bioassay für das MA-Modul entwickelt. So können Abwasseranlagen künftig besser gesteuert, Ressourcen geschont und unsere Gewässer langfristig wirksamer geschützt werden.