Technische Universität Wien
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2013-12-17 [

Florian Aigner

 | Büro für Öffentlichkeitsarbeit ]

Laser spürt Öl im Abwasser auf

Ein österreichisches Unternehmen verkauft High-Tech-Produkte in die ganze Welt: QuantaRed Technologies, ein Spin-off-Unternehmen der TU Wien, ermöglicht die umweltfreundliche Messung von Ölrückständen.

Sauberes Wasser - mit Hilfe von Lasertechnologie

Wenn Abwasser Spuren von Öl enthält, dann ist Vorsicht geboten. Besonders in der Erdölindustrie, aber auch in vielen anderen Industriezweiten ist es wichtig, Ölrückstände in Wasser auch in kleinsten Mengen nachweisen zu können. Das Standardverfahren, das lange Zeit auf der ganzen Welt dafür eingesetzt wurde, basierte allerdings auf klimaschädlichen FCKWs und darf daher heute nicht mehr verwendet werden. Die österreichische Firma QuantaRed hat mit Know-How der TU Wien eine Lösung gefunden: Mit Hilfe von Quantenkaskadenlasern (QCLs) und klimaschonenden Lösungsmitteln weist QuantaRed Ölrückstände nach. Die Messgeräte werden mittlerweile in die ganze Welt verkauft.

Ohne klimaschädliche Lösungsmittel
„Öl setzt sich meist aus viele verschiedenen Komponenten zusammen“, erklärt Prof. Bernhard Lendl vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien. „Mit Hilfe eines Lösungsmittels müssen diese Bestandteile zunächst in eine homogene Phase gebracht und von der Matrix getrennt werden, sodass man dann alle Komponenten gemeinsam analysieren kann.“
Bis in die Neunzigerjahre verwendete man Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKWs) als Lösungsmittel. Praktische, tragbare Messgeräte wurden gebaut, gesetzlich definierte Normen wurden auf diese Methode abgestimmt. Doch nachdem sich herausstellte, wie klimaschädlich die FCKWs sind, musste man auf andere Methoden umsteigen.

„Als Notlösung hat man dann zunächst auf andere Methoden zurückgegriffen und neue Standards definiert, beispielsweise basierend auf der Gaschromatographie. Doch diese Methoden waren weder besonders robust noch besonders praxistauglich“, sagt Bernhard Lendl. Als er sich mit seiner Arbeitsgruppe im Jahr 2007 diesem Problem zuwandte, war also klar, dass es hier großen Verbesserungsbedarf gibt.

High-Tech-Laser als Umweltsensor
Statt der schädlichen FCKWs setzte Lendls Forschungsgruppe zyklische Lösungsmittel wie Cyclohexan ein. Die Lösung wird dann mit ganz speziellen Lasern bestrahlt: Quantenkaskadenlaser bestehen aus verschiedenen Halbleiterschichten, an die eine elektrische Spannung angelegt wird. Elektronen wandern durch dieses Schichtsystem hindurch und senden in jeder Schicht ein Laser-Photon aus. Der Vorteil dieser Quantenkaskadenlaser ist, dass man die Wellenlänge des Lichts sehr genau festgelegt werden kann. Innerhalb eines eng definierten Wellenlängenbereichs strahlen diese Laser extrem viel Lichtleistung ab.

Die chemischen Bestandteile des Öls enthalten auch offenkettige Verbindungen, die vom Laserlicht im Infrarot-Bereich zum Schwingen angeregt werden. Das Infrarot-Laserlicht wird absorbiert, dadurch lassen sich Ölspuren auch im cyclischen Lösungsmittel quantitativ nachweisen.

„An der TU Wien haben wir das Glück, direkt im Haus mit Quantenkaskadenlaser-Forschungsgruppen zusammenarbeiten zu können“, sagt Bernard Lendl. „Dadurch fällt es uns hier an einer großen Universität natürlich leichter, in einem sich so rasch entwickelnden Technologiebereich am Ball zu bleiben.“

Innerhalb weniger Jahre gelang es der Firma QuantaRed, die Bernhard Lendl gemeinsam mit Wolfgang Ritter (ebenfalls TU Wien) gegründet hatte, ein handliches, tragbares Messgerät für Öl-Rückstände in Wasser herzustellen, das ohne FCKW auskommt. Die Messgenauigkeit ist dabei sehr hoch: QuantaRed kann im ppm-Bereich messen (also bei einer Konzentration einzelner Moleküle unter Millionen von Teilchen). In über 20 Länder wird das Gerät bereits verkauft – das beweist, dass sich Grundlagenforschung nicht bloß langfristig auszahlt, sondern oft sogar sehr kurzfristig zu wirtschaftlichen Erfolg führen kann.

http://quantared.com/