Portrait : Mit Ultraschall gegen Mikroplastik

Beim Thema Mikroplastik denkt man automatisch zuerst an die Verschmutzung der Meere und die Gefährdung der marinen Fauna. Tatsächlich ist das Problem bereits viel weiter fortgeschritten. Mehrere Studien gehen davon aus, dass wir alleine durch das Trinken von Leitungswasser permanent Mikroplastik aufnehmen.

So gelangen etwa Kunstfaserteilchen über Wäschetrockner oder auch Entlüftungssysteme ohne unser Zutun in die Luft und somit schlussendlich ins Niederschlags-, Flächen- und Grundwasser. Neben diesen möglichen Faktoren können jedoch auch die in unseren Wassersystemen verbauten Materialien eine Ursache für das Mikroplastik im Leitungswasser sein. Und obwohl die konkreten Auswirkungen auf die menschliche Physiologie noch Gegenstand der Forschung sind – vorteilhaft wird der Einfluss wohl kaum sein.

Die Frage, ob und wie viele Partikel sich im Wasser befinden, ist dabei nicht nur im Sinne der Nahrungskette entscheidend: Auch die Industrie muss überall dort, wo Wasser als Prozessflüssigkeit eingesetzt wird, dessen Qualität monitoren. Das Wiener Unternehmen usePAT hat eine ungewöhnliche gänzlich neuartige Methode entwickelt, mit der man winzige Partikel direkt in der Wasserprobe lokalisieren und messen kann.

Das Besondere daran: Die „soniccatch“-Methode funktioniert in-line und in Real-Time. Zum Einsatz kommt dabei eine stehende Ultraschall-Welle, an deren Schwingungsknoten sich die Partikel ansammeln. Diese Agglomerate werden wiederum zum Beispiel von einer Raman-Sonde gescannt, die ein der Partikelchemie entsprechendes Spektrum erstellt. „Auf diese Weise schaffen wir in der Flüssigkeit ein Signal wie das eines Sediments“, erklärt Georg Heinz, einer der vier usePAT-Gründer.

Dass die Methode in-line funktioniert, hat weitreichende Folgen. Denn das übliche Procedere, die Teilchen nachzuweisen – Probe ziehen, filtrieren und scannen –, hat gleich mehrere Nachteile. Zum einen ist es aufwendig und zeitraubend, was vor allem in industriellen Prozessen unangenehm ist. Hinzu kommt die Gefahr, dass sich die Probe selbst angesichts der Dauer des Prozesses im Labor verändert. Auch die verwendeten Filter können das Ergebnis beeinflussen. Und nicht zuletzt ist das klassische Ziehen von Proben teuer.

Dass die durch soniccatch ermittelten Werte in Real-Time zur Verfügung stehen, unterstützt auch die Prozess-Steuerung massiv. „Wir ermöglichen damit optimierte Prozesskontrolle“, sagt Georg Heinz, „und damit unterstützen wir die kontinuierliche Produktion.“ Ein weiterer Schritt in Richtung Industrie 4.0 also.

Georg Heinz sieht im Zusammenhang mit Mikroplastik in der Industrie zwei Haupt-Einsatzgebiete von soniccatch. „Es ist immer dann eine Lösung, wenn die Reinheit der Prozessflüssigkeit gewährleistet sein muss. Wenn etwa Filter verstopfen, kann das ganz unterschiedliche Gründe haben, es kann ein Materialproblem sein, oder aber auch Abrieb.“ Ein weiteres Einsatzgebiet sind Kläranlagen. Zwar gibt es hier noch keine klaren Regularien, die die erlaubte Menge an Mikroplastik definieren – doch Georg Heinz rechnet damit, dass dies bald nachgeholt werden dürfte.

Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Analyse von Trinkwasser. Viele Fachleute bemängeln hier das Fehlen eines einheitlichen Detektionsverfahren von Mikroplastik in der Wasserwirtschaft.

Die Technologie von usePAT – das Akronym steht für „Ultra Sound Enhanced Process Analytical Technology“ – erfährt durch die Diskussion um Mikroplastik neue Aktualität. Doch entwickelt wurde sie nicht speziell dafür.

soniccatch eignet sich prinzipiell für das Fangen von verschiedensten Partikeln in Flüssigkeiten, um sie einer Sonde zu präsentieren. Es ist als Add-On konzipiert und damit auch Enabler für unterschiedlichste Sonden, die sonst nicht direkt in der Flüssigkeit im Prozess eingesetzt werden könnten. Zielobjekte von soniccatch sind neben Mikroplastik etwa Zellen und Kristalle, deren Beschaffenheit beispielsweise in der Pharmaindustrie von Bedeutung ist. Auch Luftbläschen können stören, etwa, wenn es darum geht, Farben zu analysieren.

Die Technologie eignet sich – derzeit – für suspendierte Partikel zwischen 1 und 150 Mikrometer, Temperatur und Druck sind auf bis zu 150 Grad Celsius und drei bar Druck ausgelegt, damit sind die Armaturen auch CIP-able und autoklavierbar. Für spezielle Umgebungen erarbeitet usePAT auch Neues. Das Material der Add-ons, die mit österreichischen Partnern im 3D-Druckverfahren unter anderem aus Anlagenstahl herstellt werden, kann etwa an ungewöhnliche pH-Werte angepasst werden.

Ein Kunde aus der chemischen Industrie, erzählt Georg Heinz, habe sein Anliegen einmal so beschrieben: „Wir möchten gut produzieren und nicht nachher gut im Labor messen.“ Spätestens da habe er gewusst, dass der Weg der richtige ist.

soniccatch ist dabei nicht die einzige Entwicklung des jungen Unternehmens. Mit sonicwipe und sonicclean bietet usePAT Ultraschallreinigungen für industrielle Messsonden. Da sie die Sonde nicht angreifen, sondern von der Flüssigkeit her die Teilchen von den Sonden wegziehen, ist die Methode ungefährlich für die oftmals sehr empfindlichen Sondenoberflächen. Das Verschmutzen von Sonden in Produktionsprozessen ist ein weitverbreitetes Problem, da diese dann nicht mehr akkurat messen können.

soniccatch und sonicwipe können auch kombiniert werden. Man erhält also eine „Ultraschallfalle“, die Teilchen fängt und Sonden in-line zur Messung präsentiert, und mit dem selben Aufbau wird die Sonde auch noch sauber gehalten.

usePAT ist ein klassisches Spin-off der TU Wien. Drei der vier Gründer haben hier studiert. Georg Heinz kommt aus der Wirtschaft, er war unter anderem COO des privaten Energieversorgers goldgas. usePAT wurde mit Unterstützung des Technologietransfers gegründet und hat den TU-Wien-Inkubator innovation incubation center (i2c) durchlaufen. Die Kontakte zur TU, erzählt Georg Heinz, sind nach wie vor sehr eng. Und das derzeit zwölfköpfige Team hat mit Unternehmen wie Fresenius Kabi, Henkel oder Siemens bereits schwergewichtige Referenzen.