Die unsichtbare Verschmutzung

Die Sensoren (Foto: Uni Bozen)

Die Fakultät für Ingenieurwesen der Freien Universität Bozen hat in Zusammenarbeit mit dem Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Genua innovative, schnelle und einfach zu bedienende Sensoren entwickelt, um Nanoplastik in Gewässern, insbesondere im Meer, nachzuweisen.

Diese Sensoren sollen dabei helfen, mikroskopisch kleine und oft durch Schadstoffe wie Quecksilber kontaminierte Plastikpartikel aufzuspüren, die zunehmend unsere Gewässer verschmutzen. Eine ehrgeizige, aber entscheidende Aufgabe – laut dem World Economic Forum wird es bis 2050 mehr Plastik als Fische in den Meeren und Ozeanen der Welt geben.

Die in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlichte Forschung wurde von der 29- jährigen Biotechnologin Giulia Elli sowie von Paolo Lugli und Luisa Petti vom Sensing Technologies Lab der Fakultät für Ingenieurwesen durchgeführt.

Die Forschungsgruppe (Foto: Uni Bozen/Vegetti)

Die Forschung

Nanoplastik stellt eine ernste Bedrohung für Wasserökosysteme und deren Lebewesen dar, da es mit anderen Schadstoffen interagieren kann. Der Nachweis von Nanoplastik erfordert bisher aufwendige und teure Verfahren wie die Spektroskopie, was die Umweltüberwachung stark einschränkt. An diesem Punkt setzt die Forschung der Freien Universität Bozen und des Smart Materials Lab des Istituto Italiano di Tecnologia in Genua an: Ein innovativer, benutzerfreundlicher Sensor, der auf einem Feldeffekttransistor mit Kohlenstoffnanoröhren basiert, soll Nanoplastik im Wasser erkennen.

Der Sensor nutzt die nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen Kohlenstoffnanoröhrchen und Polystyrol-Nanoplastik und bietet damit eine Methode zum einfacheren Nachweis dieser gefährlichen Partikel. Nanoplastikpartikel interagieren mit den Nanoröhrchen auf der Sensoroberfläche und führen zu einem Anstieg des elektrischen Stroms: Je höher die Konzentration von Nanoplastik, desto stärker der erzeugte Strom. Dieses System ist besonders vielversprechend, da die Sensoren extrem klein sind und eine schnelle, einfache und kostengünstige Erkennung der Verunreinigung ermöglichen.

Die Forschungsarbeiten wurden im Labor durchgeführt, wo die Eigenschaften von Meer-, Fluss- und Seewasser simuliert wurden, um das Verhalten und die Wirksamkeit der Sensoren in unterschiedlichen Wasserumgebungen zu testen. Die Forschung wird nun in Frankreich an der Université Paris Cité fortgesetzt und widmet sich der Präzision der Sensoren, die künftig auch die Art des Nanoplastik identifizieren können. Der nächste Schritt besteht darin, die Sensoren außerhalb des Labors direkt an Bord von Schiffen einzusetzen, um vor Ort Proben aus Gewässern und Meeresgebieten zu entnehmen.

Forscherin Giulia Elli (Foto: Uni Bozen/Matteo Vegetti)

Dieser neue Ansatz könnte die Überwachung der Verschmutzung durch Nanoplastik revolutionieren, indem er die Erkennung schneller und flächendeckend ermöglicht. Dies wird immer wichtiger, da die Plastikbelastung im Meer ständig zunimmt, die Untersuchung der Nanoplastikverschmutzung noch in den Anfängen steckt und große Teile der Meere noch wenig erforscht wurden.

„Nanoplastikteilchen für Nanoplastikteilchen können wir alle etwas gegen die Umweltverschmutzung tun“, sagt die Forscherin Giulia Elli. „Auch wenn unsere Handlungen so klein wie Mikropartikel erscheinen, kann jede einzelne einen positiven Beitrag für unseren Planeten leisten.“

„Ingenieurwesen zu studieren bedeutet nicht nur, die Zukunft zu gestalten“, betont Luisa Petti, „sondern auch, sie zu schützen: Die an der unibz entwickelten Sensoren zeigen, wie Innovation zu einem unverzichtbaren Instrument im Kampf gegen die unsichtbare Verschmutzung und zum Schutz unseres Planeten werden kann.“

Prof. Paolo Lugli ergänzt: „Die Forschung, die wir in Zusammenarbeit mit dem IIT in Genua, einem der weltweit führenden Forschungszentren, durchgeführt haben, unterstreicht unser Engagement, kostengünstige Technologien zu entwickeln, die sowohl die Umwelt als auch die menschliche Gesundheit schützen. Diese Werte finden sich auch in unserem Ausbildungsangebot im Bereich der Informationstechnologie wieder.“

Giulia Elli (Foto: Uni Bozen/Matteo Vegetti)