Projekt: AIS Edge Node (Adaptive integrierte Inline-Sensorik für die Infrastruktur in der Umwelt- und Wasserstoffwirtschaft)

Die Lausitz befindet sich mitten im Strukturwandel von einer kohlebasierten Wirtschaft zu einer nachhaltigeren Energiewirtschaft. Neben der kleinteiligen Unternehmenslandschaft sind die Renaturierung der Braunkohlefolgelandschaft und der Umbau der Energieversorgung hin zu grünen Technologien eine Herausforderung. Hochtechnologien müssen diese Nachhaltig­keits­entwicklung unterstützen und sind eine Chance zur Stärkung der lokalen Unternehmens­­landschaft.

Das Projekt AIS-EN leistet durch Forschung und Entwicklung sowohl im Bereich der Umwelt- als auch und in der Wasserstoffsensorik einen wichtigen Beitrag und ermöglicht lokalen Unter­nehmen Zugang zu technologischen Lösungen, um den Strukturwandel aktiv positiv zu gestalten und Chancen aus den Veränderungsprozessen der Region zu nutzen.

Die übergeordneten Ziele des Projektes sind:

• Bereitstellung und Transfer innovativer Sensorik für Unternehmen
• Schnelles, örtliches Detektieren von Umweltschadstoffen in Böden, Abwasser und Gewässern
• Sicheres Wasserstoffmonitoring für die Wasserstoffwirtschaft der Zukunft

Die Forschungsarbeiten werden in Cottbus durchgeführt und basieren auf den aufgebauten Strukturen und Kompetenzen des Institutsteils „Integrierte Siliziumsysteme - ISS“ des Fraunhofer IPMS. 

Projekt 1 – Smartes Umweltmonitoring für Abwasserreinigung, Böden und Gewässer

In der Lausitz gibt es mehrere wichtige Gründe, die Boden- und Wasserqualität zu überwachen. Die Hauptursache dafür ist die langjährige Braunkohleförderung in der Region, welche zur Versauerung des Wassers und Belastung durch Schadstoffe geführt hat. Bislang werden Umweltparameter wie pH-Wert oder Schadstoffkonzentrationen oft nur punktuell und in großen zeitlichen Abständen erfasst. Wir entwickeln ein System, das kontinuierlich misst, Daten in Echtzeit sammelt sowie mit Hilfe von KI analysiert und bewertet.

Eingesetzt werden festkörperbasierte Sensoren, die unabhängig von Trübungen in Böden und Gewässern zuverlässige Ergebnisse liefern. Die Sensorik wird durch KI-gestützte Auswertungen ergänzt, die Auffälligkeiten, wie das Einleiten toxischer Substanzen, frühzeitig erkennen, mit historischen und meteorologischen Daten verknüpfen und auf dieser Basis Prognosen und Handlungsempfehlungen ableiten. So soll die Qualität des Grundwassers langfristig gesichert und eine schnelle Reaktion auf Umweltbelastungen ermöglicht werden.

Projekt 2 – Wasserstoff-Sicherheitsmonitoring

Ein zweiter Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung eines neuartigen Sicherheitsmonitorings für die Wasserstoffwirtschaft. Da Wasserstoff als Energieträger zunehmend an Bedeutung gewinnt, müssen Risiken wie Leckagen zuverlässig erkannt werden.

Die im Projekt entwickelten Ultraschallsensoren ermöglichen eine schnelle, kontinuierliche und präzise Detektion in einem umfassenden Konzentrationsbereich von 1% bis 100%. Sie zeichnen sich durch eine hohe Temperaturstabilität sowie einen geringen Wartungsaufwand aus, da sie ohne regelmäßige Kalibration zuverlässig arbeiten. Zudem erreichen sie eine Messgenauigkeit von unter zwei Prozent. Neben der sicheren Überwachung von Explosionsgrenzen wird die räumliche Wasserstoffverteilung im Erfassungsbereich des Sensors detektiert. Somit kann auf die räumliche Herkunft eines Wasserstofflecks geschlossen werden. Die eingesetzte KI-gestützte Auswertung erhöht die Messgenauigkeit, die Robustheit und die Langzeitstabilität. Durch den hohen Integrationsgrad und CMOS-kompatible Fertigungsverfahren sind elektronische Komponenten zudem direkt mit dem Sensor integrierbar.

Kooperation und lokale Unterstützung

Im Projekt AIS-EN wird das Fraunhofer IPMS durch die regionalen Partner LKT Lausitzer Klärtechnik GmbH, UP Umweltanalytische Produkte GmbH, PRIGNITZ Mikrosystemtechnik GmbH, Actemium BEA GmbH, GST Gesellschaft für System- und Tankanlagentechnik mbH unterstützt. Darüber hinaus haben mehr als zehn weitere Unternehmen und Verbände ihre Unterstützung in Form von Letters of Intent (LOIs) bekräftigt. Diese Kooperationen sind entscheidend, um den Technologietransfer in die Region zu gewährleisten und die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit der Lausitz nachhaltig zu stärken.

Das Projekt erstreckt sich über einen Zeitraum von fünf Jahren und wird mit ca. 7 Millionen Euro aus Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert.