Processes such as climate change and salinization, as well as regulatory drivers, are pushing us to manage water supplies in a more intelligent way, based on smart technologies. Now, a continuous digital water quality monitoring system has become feasible and affordable thanks to ground-breaking, on-chip sensing technology. To leverage the full potential of such a system, technology facilitator imec the Netherlands is looking to collaborate with water utilities, labs, governmental institutions and related industry, to conduct pilot projects. The solutions that such collaboration will bring are set to revolutionize the water eco-system and sector in the Netherlands.
The need for continuous water quality monitoring
The water sector in the Netherlands is only at the very beginning of the digitization of its operations. At the same time, environmental threats require immediate action, if we are to safeguard our access to clean water. Similarly, farmers need highly localised, real-time information on nutrient levels in water, if they want to boost productivity of plants and livestock, without depleting or impacting our natural water.
Take salinity levels: they are already impacting water quality in the Netherlands. But, there are more issues that need to be faced, such as the potential environmental and health impacts from pesticides, heavy metals, forever PFAS chemicals (per- and polyfluoralkyl substances) and traces of pharmaceutical products water. On top of this, comes the nitrogen emissions crisis that the Dutch government is currently facing. Nitrogen can be found in water as nitrates. What if we could apply sensor technology for measuring such nitrate levels and other harmful substances?
What’s next in water management?
So, what’s next? Currently, water quality measurements are mostly done manually, in relatively few places, at long intervals and using expensive multi-parameter probes. In fact, most fluid sensors are not only expensive, but large and restricted to measuring just one parameter. Time-consuming lab analysis of samples also means that findings are never real-time.
Now, imec’s digital sensor technology is opening up new opportunities to enhance water management efficiency. By leveraging big data, artificial intelligence, and the Internet of Things (IoT) we can help to effectively solve issues of surface water quality. This will provide the water industry the key to taking action based on data- and context-driven decision making.
Smart technology for smart water
“At imec, we were interested in finding out how our know-how could enable the creation of smart solutions by applying nanoelectronics. We have successfully developed an on-chip fluid sensor that is not only small, but above all durable, accurate and affordable. In fact, we believe this sensor is set to unleash a true revolution in water quality monitoring and management,” explains Marcel Zevenbergen, programme manager gas & liquid sensing solutions at imec.
“Harvesting accurate, real-time and fine-grained data, from not just one or two measuring points, but a multitude of points. Real-time insight into the precise levels of environmental threats such as salination, pesticides, heavy metals and pharmaceutical products. And the ability to make accurate decisions based on water quality, especially in times of water shortage. Our advanced sensor technology makes this possible.”
Small is beautiful (and powerful)
Imec’s on-chip fluid sensor is the perfect technology to enable a continuous water quality monitoring system.
- Is the size of a small coin
- Needs just one calibration before deployment.
- Measures multiple parameters. All at the same time
- Wireless transmission of measurements enables an IoT set-up of networked sensors
- Cost-effective system on-chip integration
- Robust, low-maintenance technology
Collaboration as success factor
Now that the pressure is on, there’s a stronger focus on outcomes that enhance water management and sustainability. Achieving such outcomes calls for intensified collaboration between utilities, technology providers, manufacturers and governmental institutes.
“We’re still at the very beginning of discovering our technology’s full potential, which is huge in a water-centric country such as the Netherlands. However, we can only do so in partnership with the whole water value chain. Imec is merely the technology enabler. The operators, water utilities, labs, boards, governmental institutions and industry, are all the enablers in the field. We need to work together in order to identify the applications and advances that are needed to solve the issues faced by the sector. Collaboration with partners will enable a giant leap forward in addressing operational and environmental issues and improving overall water management. Our technology offers the advantages of a robust, low-cost and real-time digital water management system,” according to Zevenbergen.
Proven nanoelectronics for cost-effective water management
The proven imec sensor technology offers opportunities that go well beyond measuring salinity or nitrates and will eventually enable the sector to measure what they never believed possible. In doing so, the unpredictable will become predictable. And all of this, based on affordable and low-maintenance technology.
We are looking to open up new opportunities in the Netherlands for enabling smart water networks based on our technology. Let us know if you are interested in working with us and joining the water management revolution.
Dutch version
Hoe nano-elektronica het meten van waterkwaliteit verandert.
Bent u klaar voor de revolutie van de watersector?
Globale processen zoals klimaatveranderingen en verzilting, maar ook veranderingen in regelgeving, vragen van ons een intelligente en innovatieve vorm van waterbeheer. Hier kan slimme technologie aan bijdragen. Een betaalbaar digitaal systeem dat continu waterkwaliteit meet, is nu haalbaar dankzij een revolutionair ‘on-chip sensing’ technologie. Om hiervan de volledige potentie te bereiken zoekt technologieontwikkelaar imec Nederland de samenwerking met waterbeheer, labs, waterschappen en aanverwante industrie om pilots uit te rollen. De oplossingen die uit deze samenwerking ontstaan zullen een revolutie op gang brengen dat de hele watersector in Nederland blijvend zal veranderen.
De noodzaak van een constant waterkwaliteit monitoring systeem
De Nederlandse watersector staat aan het prille begin van de digitalisering van waterbeheer. Tegelijkertijd vraagt klimaatdreiging om onmiddellijke actie om onze toegang tot veilig en schoon water te bewaken. Ook de agrarische sector die productie van planten en de veestapel wil voortzetten zonder het uitputten van voedingsstoffen of nadelig beïnvloeden van grondwater, kan profiteren van een lokaal, real-time systeem dat tijdig tekorten van voedingsstoffen in het water signaleert.
Neem de gevolgen van verzilting die ook in Nederland waarneembaar zijn. Of denk aan andere problemen waar we mee te maken krijgen, nu of in de toekomst, zoals pesticiden, zware metalen, PFAS deeltjes (per- en polyfluor bestanddelen) en sporen van farmaceutische producten die ons water vervuilen en impact hebben op onze gezondheid. Daarbovenop komt de stikstofcrisis dat van de Nederlandse overheid aandacht vraagt. Zowel stikstof als nitraat is ons water te vinden. Hoe draagt sensortechnologie bij aan het meten van stikstof en andere gevaarlijke bestanddelen in ons water?
Nieuwe oplossingen voor waterbeheer
In de huidige situatie worden watermetingen voornamelijk handmatig uitgevoerd met vrij dure multi-parameter apparatuur op beperkte locaties en zit er veel tijd tussen de metingen. Feitelijk zijn deze sensoren niet alleen duur, maar ook beperkt tot het meten van een enkele parameter. Doordat de monsters worden geanalyseerd in het lab is het nog niet mogelijk om real-time waterkwaliteit te meten.
De digitale sensor technologie van imec brengt nieuwe kansen om waterbeheer efficiënter te maken. Door het benutten van data, met kunstmatige intelligentie en Internet of Things (IoT), kunnen wij eraan bijdragen om effectieve oplossingen te maken die de kwaliteit van het oppervlaktewater verbeteren. Dit geeft de waterindustrie de mogelijkheid om data-gestuurde beslissingen te maken die zijn afgestemd op de specifieke context van het probleem.
Slimme technologie voor slim water
“Bij imec zijn we geïnteresseerd hoe wij onze kennis kunnen inzetten om slimme oplossingen te maken met behulp van nano-elektronica. Wij hebben een sensor op een chip ontwikkeld dat niet alleen heel klein is maar voornamelijk duurzaam, accuraat en betaalbaar. Naar verwachting brengt deze sensor een revolutie op gang in waterkwaliteit en beheer,” legt Marcel Zevenbergen uit, programmamanager gas & vloeistof sensoroplossingen bij imec.
“Het vergaren van accurate, real-time en zeer gedetailleerde data, niet enkel van een of twee meetpunten, maar van aanzienlijk meer meetpunten. Dit genereert real-time inzichten in de precieze niveaus van milieubedreigingen zoals verzilting, pesticides, zware metalen en sporen van farmaceutische producten. Ook is het mogelijk om accurate beslissingen te nemen die zijn gebaseerd op de actuele metingen van waterkwaliteit, wat vooral nuttig is in periodes van droogte. Onze geavanceerde technologie maakt dit mogelijk.”
Small is beautiful (en vooral krachtig)
Imec’s on-chip fluid sensor is de perfecte technologie voor een systeem dat constant waterkwaliteit meet.
- Zo klein als een muntstuk
- Behoeft voor implementatie slechts eenmalig gekalibreerd te worden.
- Meet meerdere parameters tegelijkertijd.
- Wireless overdracht van metingen via een IoT netwerk van gekoppelde sensoren.
- Betaalbaar systeem van on-chip integratie
- Robuust en onderhoudsvriendelijke technologie
Samenwerking als succesfactor
Nu dat de druk voelbaar is, zal er een sterkere focus moeten komen op een duurzame vorm van waterbeheer. Het bereiken van deze doelen vraagt om intensieve samenwerking tussen waterbeheer, technologie aanbieders, producenten en overheid.
“We staan slechts nog maar aan het begin van onze ontdekkingstocht naar het volledige potentieel van onze technologie in Nederland, een land waarin water zo centraal staat. Imec is daarin een technologie enabler. Maar waterbedrijven, waterschappen, labs, overheid en de industrie, vormen het ecosysteem. We zullen samen moeten werken om de mogelijke applicaties en aanpassingen te maken die nodig zijn om de problemen aan te pakken die de watersector vandaag bezighoudt. Samenwerking met partners zal dus een enorme stap voorwaarts zijn in het operationele vlak en milieu en het verbeteren van watermanagement in het algemeen. Onze technologie maakt de transformatie naar een robuust, efficiënt en real-time water management systeem mogelijk”, vertelt Zevenbergen.
Bewezen nano-elektronica voor betaalbaar water management
De bewezen imec sensor technologie biedt mogelijkheden die verder gaan dan het meten van verzilting of nitraten en zal uiteindelijk de sector in staat stellen alles te meten wat tot nu toe onmogelijk leek te zijn. Het onvoorstelbare wordt hierdoor voorstelbaar: En dit alles, dankzij een betaalbare en onderhoudsvriendelijke technologie.
Nieuwsgierig naar slimme watertechnologie voor slim waterbeheer? En wilt u meer weten over de mogelijkheden om samen te werken? Maak uw interesse aan ons kenbaar om samen met ons de waterrevolutie op gang te brengen.
