Was Gewässer uns (noch) nicht erzählen: neue Sensorik

Key Take-Aways

• Kontinuierliches Monitoring: Echtzeitdaten zeigen Umweltprozesse vollständig statt nur punktuell.
• Früherkennung: Schleichende Veränderungen werden sichtbar, bevor Systeme kippen.
• Breite Anwendung: Einsetzbar in Gewässerschutz, Landwirtschaft und Aquakultur.
• Daten als Basis: Verlässliche Messwerte unterstützen fundierte Entscheidungen.
• Flexible Technologie: Sensorplattform ist erweiterbar und auf neue Einsatzfelder übertragbar.

Wenn Momentaufnahmen nicht mehr ausreichen

Die Überwachung von Gewässern basiert heute vielfach auf punktuellen Messungen. Diese liefern meist wertvolle Daten, zeichnen jedoch kein vollständiges Bild. Umweltveränderungen verlaufen kontinuierlich, oft in feinen Dynamiken, die sich erst über längere Zeiträume entfalten.

Genau diese Lücke steht im Zentrum des FFG-COIN-Projekts DEEP11 an der FHV. Ziel ist es, Gewässer nicht nur punktuell, sondern dauerhaft und unter realen Bedingungen zu beobachten. Entwickelt werden dafür miniaturisierte Sensorsysteme, die mehrere entscheidende Parameter wie Temperatur, pH-Wert und gelösten Sauerstoff gleichzeitig erfassen, direkt im Wasser und in Echtzeit. Kolleginnen und Kollegen aus dem Forschungszentrum Mikrotechnik und der Forschungsgruppe Smart Engineering Technologies (SET) entwickelten ein Gesamtsystem, das für den autonomen Langzeitbetrieb ausgelegt ist. Die Kombination aus Sensorik und speziell entwickelter Elektronik erlaubt eine kontinuierliche, präzise und zugleich kosteneffiziente Datenerfassung.

Die entwickelte In-situ-Sensorplattform ermöglicht dabei eine kontinuierliche Erfassung direkt im Gewässer und bietet auch gegenüber Fernerkundungslösungen, etwa mittels Drohnen, deutlich detailliertere Einblicke in lokale Dynamiken.

Das ist nicht nur für unsere Gewässer von großer Bedeutung, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für das Monitoring der Bodengüte in Wäldern und landwirtschaftlichen Flächen.

Kleine Sensoren, große Erkenntnisse

Was auf den ersten Blick unscheinbar wirkt, hat großes Potenzial. In der Mikro- und Nanowelt entstehen Technologien, die kaum sichtbar sind, aber entscheidende Erkenntnisse liefern. Die im Projekt entwickelten elektrochemischen Sensoren messen zentrale „Vitalzeichen“ eines Gewässers kontinuierlich und eröffnen damit neue Einblicke in dynamische ökologische Prozesse.

Erst durch diese Form der kontinuierlichen Erfassung wird sichtbar, wie sich Umweltbedingungen tatsächlich verändern: nicht sprunghaft, sondern in oft kaum wahrnehmbaren Übergängen. Genau darin liegen der wissenschaftliche Mehrwert und die Faszination dieses Forschungsfelds.

Von der Idee zum Einsatz im Feld

Der Weg von der Entwicklung zur Anwendung ist dabei entscheidend. Im Projekt DEEP11 wurden die Sensoren zunächst im Labor umfassend getestet und mit etablierten Referenzsystemen abgeglichen. Die hohe Übereinstimmung der Messergebnisse zeigt: Die Technologie ist reif für den nächsten Schritt.

Dieser führt ins reale Umfeld. Erste Feldtests wurden bereits in der Dornbirner Ach durchgeführt, weitere Langzeitmessungen im Bodenseeraum sind in Vorbereitung. Gerade hier zeigt sich, ob es gelingt, stabile und verlässliche Daten unter wechselnden Umweltbedingungen zu gewinnen. Dies ist eine der zentralen Voraussetzungen für den praktischen Einsatz.

Zwischen Forschung und Anwendung

Die Einsatzmöglichkeiten solcher Systeme reichen weit über die Grundlagenforschung hinaus. Präzise, kontinuierliche Umweltdaten sind eine wichtige Basis für Entscheidungen, im Gewässerschutz ebenso wie in der Landwirtschaft oder der Aquakultur.

Ein Beispiel dafür liefert die internationale Zusammenarbeit im RUN-EU-Netzwerk: Gemeinsam mit dem Polytechnic of Leiria in Portugal wird untersucht, wie Umweltparameter das Wachstum von Kelp-Algen beeinflussen. Diese gelten als vielversprechend für nachhaltige Aquakultur und CO₂-Bindung. Die Sensorik liefert hier entscheidende Daten, um solche Zusammenhänge besser zu verstehen und gezielt zu steuern.

Gleichzeitig eröffnet die technologische Flexibilität neue Perspektiven. Die Systeme können um zusätzliche Messgrößen erweitert und auf andere Anwendungsbereiche, etwa das Bodenmonitoring, übertragen werden. Damit entstehen Einsatzmöglichkeiten, die von der optimierten Bewässerung bis zur frühzeitigen Erkennung von Stressfaktoren in Pflanzen reichen.

Die Herausforderung: Daten verstehen und nutzen

So groß der Fortschritt in der Datenerhebung ist, so zentral bleibt eine andere Frage: Wie werden diese Daten interpretiert und genutzt? Kontinuierliche Messungen erzeugen große Mengen an Informationen deren Bedeutung sich oft erst im Kontext erschließt.

Genau darin liegt eine der zentralen Herausforderungen künftiger Umweltmonitoring-Systeme: Daten nicht nur zu sammeln, sondern sie verständlich zu machen und in konkrete Maßnahmen zu übersetzen.

Früh erkennen, bevor Systeme kippen

Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, wie entscheidend dieses Wissen sein kann. In den 1950er- und 1960er-Jahren drohte der Bodensee zu kippen. Erst durch gezielte Messungen konnten die Belastungen erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen gesetzt werden.

Technologien wie jene aus dem Projekt DEEP11 knüpfen genau hier mit dem Ziel an, Veränderungen künftig früher sichtbar zu machen. Denn je besser wir die „Vitalzeichen“ unserer Gewässer verstehen, desto gezielter können wir darauf reagieren.

Die Mikro- und Nanowelt liefert damit nicht nur neue Messmethoden. Sie eröffnet einen präziseren Blick auf Prozesse, die unsere Umwelt langfristig prägen und macht somit sichtbar, was wir schützen wollen.

Kontakt

Dr. Volha Matylitskaya
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Forschungszentrum Mikrotechnik

+43 5572 792 7206
volha.matylitskaya@fhv.at