Chemie: Es braucht nur Licht 18.05.2020, 10:24 Uhr

Sauberes Trinkwasser: Schwamm fängt hochgiftiges Chrom

Krebserregendes Chromat einfach in einen nützlichen Nährstoff umwandeln: Das klingt zu schön, um wahr zu sein. Ein neuer Hightech-Schwamm sorgt für dieses chemische Wunder.

Schwämme Chromeinfang

So sehen die Schwämme für den Chromeinfang aus.

Foto: Alain Herzog, epfl.ch

Ein neues Material, entwickelt von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne, fängt Schwermetall ab. Das sollte alle Menschen beruhigen, die gerne aus dem Wasserhahn trinken. Das ist nämlich nicht überall auf der Welt unbedenklich genießbar. Worauf es bei sauberem Trinkwasser ankommt, können Sie auch in dieser Podcast-Folge hören:

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Schuhe verderben unser Trinkwasser

In Deutschland kann jeder ohne Angst aus dem Hahn trinken. Sofern keine Bleileitungen im Haus verlegt sind, ist Leitungswasser der ideale Durstlöscher. Hier finden Sie ein paar Fakten über Trinkwasser:

  • Es fließt in Deutschland überall in sehr guter Qualität.
  • Leitungswasser ist 100 mal günstiger als Mineralwasser.
  • Vor dem Trinken sollte das Wasser immer etwas laufen gelassen werden, bis es kühl aus dem Hahn kommt. So ist es wirklich frisch.
  • Die Klimabelastung durch die Herstellung von Mineralwasser ist in Deutschland 600 mal höher als bei Leitungswasser.
  • Trinkwasser setzt sich in Deutschland zu einem großen Teil aus Grundwasser, jedoch auch aus Quell- und Oberflächenwasser zusammen.

Dieser Spezialfilter entfernt Mikroplastik aus dem Abwasser

Ausgerechnet unsere Schuhe sollen das Leitungswasser verderben. Die Erklärung ist simpel: Wo Leder gegerbt wird, enthält das Trinkwasser eine große Menge giftiger Chromverbindungen. Nun soll ein Hightech-Schwamm Abhilfe schaffen. Das schwammartige Material weist einen besonderen Aufbau auf, der sich “metalic-organic framework” (MOF) nennt. Das gibt das Team um die Chemikerin Wendy Queen von der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne bekannt.

 

Stoff fängt Schwermetall ab

Im “Journal of Materials Chemistry A” schreibt die Gruppe über den einzigartigen Stoff. Mit der inneren Oberfläche fängt der Stoff das Schwermetall ab. Doch das ist noch längst nicht alles: Wird der Stoff mit Licht bestrahlt, gibt es Elektronen an die Chromionen ab und wandelt sie in einen unschädlichen Stoff ab. Leitet man Wasser, das mit giftigen Chromverbindung belastet ist, durch beleuchtete, MOF-befüllte Glassäulen, kann es wieder trinkbar werden, so die Angabe des Teams aus Lausanne.

„Die Entwicklung von energieeffizienten Prozessen zur schnellen Entfernung von Verunreinigungen im Wasser spielt eine bedeutende Rolle in unseren Bemühungen, die Gesundheit der Menschen und die Umwelt zu schützen“, so die Forschungsleiterin Wendy Queen.

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1761 entdeckte Johann Gottlob Lehmann ein orange-rotes Bleichromat-Mineral im Ural. Lehmann nannte es Rotbleierz. Weil er es als eine Blei-Eisen-Selen-Verbindung identifizierte, blieb Chrom noch unentdeckt. Vier Jahre später fand Peter Simon Pallas an derselben Stelle ein rotes Bleimineral. Er nannte es wegen seiner Rotfärbung Krokoit, abgeleitet von dem griechischen Wort krokos („safranfarben“). 1797 gewann Louis-Nicolas Vauquelin Chrom(III)oxid aus Krokoit und Salzsäure. Ein Jahr später erzeugte er verunreinigtes elementares Chrom durch Reduktion von Chrom(III)oxid mit Holzkohle. Dieses neue Element erhielt aufgrund der Vielfarbigkeit seiner Salze den Namen Chrom (von griech. chroma „Farbe“).

Chrom kommt in der Natur vor – und ist nicht immer gefährlich

In Böden, Pflanzen und in Tieren kommen Chromverbindungen vor. Das ist keineswegs immer gefährlich. Im Grundwasser lässt es sich nicht vermeiden, dass Chrom vorkommt. Die dreiwertige Oxidationsstufe des Stoffs ist relativ ungiftig. Wir brauchen es sogar für unseren Proteinstoffwechsel. Laut der Deutschen Gesellschaft für Ernährung sollen Erwachsene zwischen 30 und 100 Mikrogramm Chrom zu sich nehmen. Speisen dafür sind Fleisch, Eier, Nüsse und Meeresfrüchte.

Präziser Oberflächenschutz auch ohne Chrom

Sechswertige Form des Metalls kann uns krank machen

Anders verhält es sich mit der sechswertigen Form des Metalls. Der Unterschied zum dreiwertigen Chrom besteht darin, dass nur drei Elektronen fehlen. Diese Formate nennen sich Chromate. Sie können das Erbgut von Menschen und Tieren verändern und sogar Krebs hervorrufen. Aus Fabriken und Müllverbrennungsanlagen können ebenfalls krebserregende Stoffe ins Grundwasser gelangen. Das Toxic Sites Identification Program hat weltweit 300 Orte ausgemacht, an denen Chrom die Gesundheit bedroht. Da schafft der Hightech-Schwamm genau richtig Abhilfe.

Es gibt bereits diverse Methoden, um Chrom aus unserem Trinkwasser zu filtern. Doch die verwendeten Materialien sind sehr empfindlich, zum Beispiel für ph-Schwankungen. Das Team um Queen hat bereits früher gezeigt, dass es möglich ist, gelöste Stoffe mit MOFs herauszufiltern, etwa Gold oder Blei. Jetzt gelang die Entwicklung auch mit sechswertigem Chrom. Ein Gramm des Hightech-Schwamms kann 208 Milligramm Chrom aufnehmen.

Der Verein Deutscher Ingenieure hat eine Richtlinie für die Hygiene in Trinkwasser-Installationen. Die Richtlinie VDI/DVGW 6023 gilt für alle Trinkwasser-Installationen auf Grundstücken und in Gebäuden.

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Ein Beitrag von:

  • Sarah Janczura

    Sarah Janczura

    Sarah Janczura schreibt zu den Themen Technik, Forschung und Karriere. Nach einem Volontariat mit dem Schwerpunkt Social Media war sie als Online-Redakteurin in einer Digitalagentur unterwegs.

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