Verbundprojekt: Quantum Wastewater Sensing (QUATERNION) - Teilvorhaben: Demonstrationssystem zur Inline-Abwasseranalyse

Der Ansatz besteht darin, zwei neuartige Technologien in einem anwendungsorientierten Sensor zu kombinieren. Die im Rahmen des Projekts entwickelte Technologie soll eine Prozess- und Qualitätsüberwachung in Wasseraufbereitungs- und Recyclingprozessen in der Industrie möglich machen und organische Rückstände im Wasser inline, kontinuierlich und dezentral detektieren. Sie ermöglicht eine verbesserte Prozessanalytik in Echtzeit, die im Wasseraufbereitungssektor bisher nicht verfügbar war. Hierfür soll eine kostengünstige und zuverlässige photonische Sensorplattform zur Überwachung spezifischer chemischer Verunreinigungen in Abwässern auf der Grundlage eines quantenphotonischen integrierten Sensors (QPIC) entwickelt werden. Mit Hilfe von Quantensensortechniken werden wir einen neuartigen Ansatz für eine kompakte, robuste, in sich geschlossene und kosteneffiziente infrarotspektroskopische Sensorplattform für die Prozessanalyse in industriellen und öffentlichen Kläranlagen nutzen. Als Hauptergebnis von QUATERNION wird ein Demonstrator-Prototyp und ein Anwendungsdemonstrationsaufbau erstellt, der die Vorteile der Echtzeit-Inline-Sensortechnologie für organische Verschmutzungsparameter im Abwasser, wie z.B. Lösungsmittel oder Kohlenstoff, aufzeigt. Die integrierten optischen Sensoren werden auf einem Quantensensorkonzept namens "nichtlineare Interferometrie" unter Nutzung von Lithiumniobat beruhen, bei dem verschränkte Photonenpaare (eines im nahen und eines im mittleren Infrarot) verwendet werden. Die Photonen im mittleren Infrarotbereich sammeln die spektroskopischen Informationen der Probe (hier über die evaneszente Welle des Wellenleiters). Durch die Wechselwirkung zwischen den Photonen im nichtlinearen Interferometer wird diese Information auf die Photonen im nahen Infrarot übertragen, die dann mit mit preiswerten, zuverlässigen und rauscharmen Detektoren nachgewiesen werden können.