Neue Sensoren für eine gesündere Raumluft

Luftverschmutzung gilt als eines der größten Umweltprobleme weltweit, wird aber häufig nur mit der Luft im Freien in Verbindung gebracht. Dabei verbringt der Mensch durchschnittlich 22 Stunden pro Tag in Innenräumen, wo Möbel, Teppiche oder Wandfarben im Laufe der Zeit gesundheitlich schädliche Lösungsmittel freisetzen können. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im internationalen Programm „SENNET“ wollen solche Schadstoffe gezielt nachweisen.

Dafür entwickeln sie zuverlässige Sensoren, die auf besonderen, porösen Materialien basieren. An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) sind gleich zwei der insgesamt zwölf Teilprojekte angesiedelt, hier arbeiten Anorganische Chemie und Materialwissenschaft eng zusammen. Ziel des Programms, an dem insgesamt acht Universitäten sowie Forschungseinrichtungen und Unternehmen als Partner beteiligt sind, ist die qualifizierte Ausbildung der teilnehmenden Promovierenden. Gefördert wird es von der Europäischen Union mit insgesamt rund 3,2 Millionen Euro, etwa eine halbe Million davon geht an die CAU. Mit einem gemeinsamen Auftakttreffen am 11. und 12. Mai an der Technischen Universität Dublin in Irland ist das Programm jetzt offiziell gestartet.

Poröse Materialien als Filter nutzen

Bei den meisten Gefahrenstoffen in der Innenraumluft handelt es sich um sogenannte flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOCs). Sie können zu gesundheitlichen Schäden führen, lassen sich allerdings nur schwer nachweisen. Aktuell erhältliche Sensoren können zum Beispiel oft nicht zwischen einem VOC und einem Lufterfrischer unterscheiden. Um die Schadstoffe gezielt und zuverlässig zu erfassen, setzt das SENNET-Programm auf Sensoren mit porösen Materialien, wie zum Beispiel sogenannte Metall-organische Gerüste (metal-organic frameworks, MOFs) und Zeolithe. Ihre Hohlräume können nur bestimmte Moleküle aufnehmen. „Das funktioniert gewissermaßen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip und lässt sich wie eine Art Filter für selektive Messungen anwenden, um gesuchte Stoffe sicher nachzuweisen“, erklärt Norbert Stock, Professor für Anorganische Chemie an der CAU und internationaler MOF-Experte, den wissenschaftlichen Ansatz des EU-Programms.

In seinem Teilprojekt in der Anorganischen Chemie der CAU will Stock MOFs basierend auf hochsensitiven Metalloxidstrukturen herstellen und arbeitet dafür eng mit Professor Rainer Adelung und Dr. Leonard Siebert aus der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien zusammen. Die speziellen Nanostrukturen werden in der Kieler Materialwissenschaft schon lange erforscht und hergestellt. Außerdem nutzen die Materialforschenden ihre langjährige Erfahrung im 3D-Druck, um im zweiten Kieler Teilprojekt Sensoren zu erstellen, die mehrere Schadstoffe detektieren. „Leistungsfähige Sensoren müssen vor allem sensitiv, selektiv und stabil sein, also auch geringe Mengen des gesuchten Stoffes langfristig zuverlässig nachweisen“, sagt Co-Teilprojektleiter Dr. Leonard Siebert. „Mit unseren Materialien und 3D-Drucktechniken hoffen wir, gleich mehrere Faktoren zu verbessern.“

Talentierte Nachwuchskräfte für verschiedene Karrierewege qualifizieren

Das EU-Programm vereint Kompetenzen aus Chemie, Physik, Materialwissenschaft und Sensorik und steht Teilnehmerinnen und Teilnehmern aus der ganzen Welt offen. Es umfasst mehrmonatige Aufenthalte an einer weiteren Partneruniversität sowie in einem Unternehmen und gemeinsame Treffen des kompletten Netzwerks. Die Promovierenden sollen so die gesamte Wertschöpfungskette der Sensorentwicklung kennenlernen und internationale Kontakte knüpfen. Am Ende erhalten sie einen gemeinsamen Abschluss ihrer beiden Partneruniversitäten.

„Ziel des Programms ist, talentierte Nachwuchsforschende aus aller Welt zu gewinnen und für verschiedene Karriereoptionen weiterzuqualifizieren. Gleichzeitig stärkt es internationale Kooperationen und die Vernetzung zwischen Grundlagen- und anwendungsnaher Forschung sowie der Industrie“, betont Teilprojektleiter Rainer Adelung die Vorteile für teilnehmende Promovierende, Universitäten und Unternehmen der Region.