SCHWERMETALLE IM BODEN, WASSER UND DER NAHRUNG

Das Bundesland Nordrhein-Westfalen ist wie kaum ein anderes Bundesland durch die Montan- und Chemieindustrie geprägt worden. Bis in die 1970er Jahre hinein waren Ablagerungen und die Verkippung von Abfällen ohne Berücksichtigung der Auswirkungen auf Böden und Gewässer üblich. Ablagerungen können zu einer Anreicherung von Schadstoffen in Böden, Gewässern oder der Luft führen sowie für Mensch und Umwelt gefährlich sein. Durch eine Akkumulation in Pflanzen und Tieren reichern sich diese Schadstoffe zum Ende der Nahrungskette hin an und gelangen so zum Menschen.

Das Aufspüren und der Nachweis solcher Verunreinigungen und Kontaminationen ist alles andere als einfach. Die Untersuchung der Zusammensetzung von Bodenproben, Wasser oder Nahrungs- und Futtermitteln bezeichnet man als Umweltanalytik. Bestehende Technologien, die in der Umweltanalytik angewendet werden, sind bislang nur dazu geeignet sehr kleine Probemengen zu analysieren, oder liefern nur Ergebnisse über die Zusammensetzung an der Oberfläche der Proben. Daher entwickelt AiNT eine Messanlage, die in der Lage ist Schwermetallgehalte auch in großen Proben zuverlässig und genau zu analysieren.

Im Rahmen des Leitmarktwettbewerbes EnergieUmweltwirtschaft.NRW fördert das Land NRW mit Mitteln der Europäischen Union innovative Entwicklungen im Bereich der Umwelttechnologien. Gemeinsam mit Prof. Martin Frank (SCC) des KIT führt AiNT in diesem Rahmen das Projekt ZEBRA (Zerstörungsfreie Elementanalyse zur Bestimmung von Rohstoffen und Altlasten) durch.

Innerhalb des Forschungsprojektes ZEBRA wird für die Umwelt- und Gefahrstoffanalytik eine innovative Messanlage entwickelt. Diese Messanlage basiert auf der prompten und verzögerten Gamma-Neutronen-Aktivierungs-Analyse (P&DGNAA). Das Projekt umfasst die Errichtung und den Testbetrieb der Messanlage und die Entwicklung neuer analytischer Methoden für die Bestimmung der Massenanteile sämtlicher Elemente des Periodensystems.

Das Forschungsprojekt hat eine Laufzeit von drei Jahren und begann im November 2016.

Ziel des Entwicklungsvorhabens ist es, eine kompakte innovative Messeinrichtung zu entwickeln, aufzubauen und experimentell zu erproben. Mit dem Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird die Eignung und Wirtschaftlichkeit dieser Analysemethode für die Umweltanalytik nachgewiesen.

In einem ersten Schritt werden dazu Anwendungsgebiete aus dem Bereich der Umweltanalytik (Bodenproben, Futtermittel- und Saatproben, Wasserproben) erschlossen und die Gleichwertigkeit mit bestehenden Analyseverfahren untersucht.

Im Rahmen des Projektes ZEBRA wurde eine Messanlage auf Grundlage der PGNAA errichtet und getestet. Die erfolgreiche Entwicklung neuartiger Auswertemethoden für die Analyse der Gammaspektren, wie einem Fingerprinting zur Identifikation der in der Probe enthaltenen Elemente, ermöglichen eine nahezu vollständig automatisierte Elementidentifikation. In mehreren Messkampagnen wurde die Anwendbarkeit des Messverfahrens für unterschiedliche Bereiche der Umweltanalytik validiert. Ein besonderer Fokus lag dabei auf der Identifikation von Schwermetallen in Bodenproben, die erfolgreich demonstriert werden konnte.