Ohne Chemie: Neue Keramik-Membran reinigt selbst Industrieabwässer
Und es geht doch: Selbst Industrieabwässer können in Zukunft rein mechanisch, also ohne chemische Zusätze gereinigt werden. Dafür haben deutsche Forscher die Leistungsfähigkeit von keramischen Membranen zur Abwasserreinigung erheblich verbessert. So kann nicht nur enorm viel Wasser, sondern auch viel Energie gespart werden.
Petra Puhlfürß hat die neuartigen Membranen mitentwickelt. Vor allem auf gleichmäßige Größe der Poren kam es hierbei an.
Foto: Fraunhofersofer IKTS
Keramische Membranen sind Alleskönner – fast. Durch ihren Einsatz können Abwässer auf rein mechanischem Wege gereinigt werden, chemische Zusätze sind nicht notwendig. Außerdem sind diese Materialien besonders energieeffizient.
Allerdings gibt es einen kleinen Haken: Bei einer Masse von 450 Dalton ist die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit erreicht. Dalton ist die Einheit für die atomare Masse, ein Dalton ist definiert als das Zwölftel eines bestimmten Kohlenstoff-Atoms. Die Membranen arbeiten also durchaus schon im molekularen Bereich. Mit dem Limit von 450 Dalton, das bisher als natürliche, als unüberwindbare Grenze galt, kann stark belastetes Wasser allerdings nicht mehr ausreichend gereinigt werden.
Wasser wird mit Überdruck durch Rohr gepumpt
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Hermsdorf haben diese Grenze nach eigenen Angaben nun aber um mehr als die Hälfte gesenkt. „Wir erzielen damit eine ganz neue Qualität“, verspricht Dr. Ingolf Voigt, stellvertretender Leiter des IKTS. Selbst Industrie-Abwässer könnten so nun rein mechanisch gereinigt und wieder dem Kreislauf zugeführt werden, sagt er. Wasser, das mit Überdruck durch ein keramisches Rohr gepumpt wird, kommt am Ende gereinigt heraus, während die unerwünschten Bestandteile an der Außenseite des Rohrs durch die Poren abgeschieden werden. Selbst Antibiotika, Schwermetalle und Unkrautvernichtungsmittel können herausgefiltert werden.
Durch keramische Rohre wird das Wasser mit Überdruck gepumpt, die unerwünschten Bestandteile treten dann durch die winzigen Poren an der Außenseite des Rohres aus.
Foto: Fraunhofer IKTS
Auf dem Weg zu dieser Lösung hatten die Forscher so einige Probleme zu überwinden. Zunächst musste eine Membran hergestellt werden, deren Poren kleiner sind als die Moleküle, die man abtrennen will. Die nächste Herausforderung war, dass alle Poren gleich groß sein mussten, denn eine einzige größere Pore würde schon bedeuten, dass Moleküle durchrutschen. Dank einer Weiterentwicklung der Herstellungstechnik, über die keine Details verraten werden, sei dies gelungen.
Membranfläche von 5.000 m2 geplant
Die dritte Hürde lag in der Umsetzung vom Labor- auf einen großen Maßstab. Auch das ist geschafft: Die Forschergruppe stellte eine Membranfläche von 234 m2 her. Üblicherweise sind solche Beschichtungen bislang nur wenige cm2 groß. Eine entsprechend große Pilotanlage reinige schon seit dem vergangenen Jahr „erfolgreich“ Wasser, das bei der Gewinnung von Erdöl aus Ölsanden in Kanada eingesetzt werde, heißt es beim IKTS. Das Institut plant deshalb schon jetzt in noch größeren Dimensionen und will demnächst eine Membranfläche von 5.000 m2 herstellen.
Die von Hannes Richter, Petra Puhlfürß und Ingolf Voigt (v.l.n.r.) entwickelten keramischen Membranen erreichen erstmals eine molekulare Trenngrenze von 200 Dalton. Dadurch lassen sich Abwässer noch effizienter reinigen.
Foto: Piotr Banczerowski/Fraunhofer IKTS
Die Wissenschaftler sehen in ihrer Entwicklung weitreichende Anwendungsmöglichkeiten, denn sie könne nicht nur für die nachträgliche Aufbereitung, sondern sogar direkt in Produktionsprozessen zwischengeschaltet werden. Dabei könnten Teilströme des Wassers schon im Prozess gereinigt und dann gleich wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden.
Gewaltige Einsparung möglich
Wenn das Verfahren im industriellen Maßstab funktioniert, könnte es in jedem Fall große Mengen Energie und vor allem Wasser sparen, weil weitaus weniger Frischwasser benötigt wird. Schließlich verbrauchen alleine Bergbau und Industrie nach Daten des Umweltbundesamtes jährlich rund 6,1 Milliarden m3 Wasser. Pro Person liege der tägliche Bedarf in Deutschland bei 3.900 l. Das ist vor allem Wasser, das für die Herstellung von Lebensmitteln, Kleidung und anderen Verbrauchsgütern verwendet wird – die 121 l pro Mensch und Tag im Privathaushalt machen da den kleinsten Anteil aus.