Eliminierung von Spurenstoffen durch Adsorbenzien • WASSER & ABWASSER

BioSorb: Fraunhofer-Forschende wollen Aktivkohle durch proteinhaltige, nachwachsende Rohstoffe ersetzen. Bild: Fraunhofer UmsichtBioSorb: Fraunhofer-Forschende wollen Aktivkohle durch proteinhaltige, nachwachsende Rohstoffe ersetzen. (Bild: Fraunhofer Umsicht)
Eliminierung von Spurenstoffen durch Adsorbenzien

Die Ver­un­rei­ni­gung durch Medi­ka­men­te, Bio­zi­de und Indus­trie­che­mi­ka­li­en im Abwas­ser nimmt immer wei­ter zu. Fraun­ho­fer-For­schen­de ent­wi­ckeln ein neu­es Adsorp­ti­ons­mit­tel für die Eli­mi­nie­rung von Spu­ren­stof­fen in kom­mu­na­len Abwäs­sern – auf Basis nach­wach­sen­der Roh­stof­fe und mit wei­te­ren Vor­tei­len gegen­über bis­her ver­wen­de­ter Aktiv­koh­le.

Nicht alle Sub­stan­zen wer­den in Klär­an­la­gen abge­baut. Rück­stän­de von Medi­ka­men­ten, Bio­zi­den und Indus­trie­che­mi­ka­li­en etwa gelan­gen daher in die Umwelt. Zwar ver­fü­gen Klär­an­la­gen häu­fig über eine nach­ge­schal­te­te Aktiv­koh­le­ad­sorp­ti­on, aber auch hier kön­nen die­se Spu­ren­stof­fe nur zum Teil zurück­ge­hal­ten wer­den. Hin­zu kommt, dass Aktiv­koh­le ein fos­si­ler Roh­stoff ist, der in ers­ter Linie unpo­la­re oder we­nig pola­re Sub­stan­zen bin­den kann. Pola­re und ioni­sier­te Stof­fe hin­ge­gen blei­ben meist im Was­ser zurück. Hier setzt das Pro­jekt Bio­Sorb an.

Das Fraun­ho­fer Umsicht ent­wi­ckelt gemein­sam mit dem Fraun­ho­fer ITWM neue Adsorp­ti­ons­mit­tel für die Eli­mi­nie­rung von Spu­ren­stof­fen in kom­mu­na­len Abwäs­sern. Die Adsorp­ti­ons­mit­tel sol­len auf nach­wach­sen­den Roh­stof­fen basie­ren und dabei deut­lich res­sour­cen­scho­nen­der und auch selek­ti­ver als her­kömm­li­che Aktiv­koh­le vor­ge­hen. Beson­ders pro­te­in­ba­sier­te Mate­ria­li­en sind viel­ver­spre­chen­de Bio­sor­ben­zi­en, da die­se welt­weit in gro­ßem Umfang und end­los vor­han­den sind; oft sogar als Abfall­stof­fe.

Schritt für Schritt zu sauberem Wasser

Dazu wird beim Fraun­ho­fer Umsicht zunächst ein Scree­ning ver­schie­de­ner pro­te­in­hal­ti­ger Mate­ria­li­en durch­ge­führt. Die natür­lich nach­wach­sen­den Roh­stof­fe wer­den genau unter­sucht und in ers­ten Adsorp­ti­ons­ver­su­chen in klei­nem Maß­stab auf ihre Eig­nung getes­tet. Ers­te Ver­su­che zei­gen, dass oft­mals eine ein­fa­che che­mi­sche Behand­lung – wie eine Kom­bi­na­ti­on aus Säu­re- und Wär­me­be­hand­lung – die Adsorp­ti­ons­fä­hig­keit deut­lich ver­bes­sern kann.

Anschlie­ßend wer­den im Rah­men einer groß ange­leg­ten Ver­suchs­rei­he viel­ver­spre­chen­de Mate­ria­li­en auf ihre Wirk­sam­keit als Adsor­benz gegen­über Per­flu­or­bu­tan­sul­fon­säu­re (PFBS) geprüft. PFBS ist ein Ver­tre­ter der 850 ver­schie­de­ne Sub­stan­zen umfas­sen­den Stoff­grup­pe der per­flu­o­rier­ten Ten­si­de. Die­se sind nahe­zu über­all ver­brei­tet, kaum abbau­bar und oft gesund­heits­schäd­lich. Ein­ge­setzt wer­den sie z. B. als Imprä­gnie­rungs­mit­tel für Papier, Klei­dung und vie­le ande­re Mate­ria­li­en, in Feu­er­lösch­schäu­men und Rei­ni­gungs­mit­teln sowie als Anti­sta­ti­ka bei der Chip­her­stel­lung. Über das Grund- und Ober­flä­chen­ge­wäs­sern gelan­gen sie in Klär­an­la­gen, wo sie jedoch nicht abge­baut wer­den.

Simulationsexpertise

Par­al­lel zur Ver­suchs­rei­he erfolgt die Ent­wick­lung eines nume­ri­schen Adsorp­ti­ons­mo­dells. Das Fraun­ho­fer ITWM nutzt dazu selbst ent­wi­ckel­te Simu­la­ti­ons­werk­zeu­ge. Die­ses Vor­ge­hen ermög­licht es, in Kom­bi­na­ti­on mit hoher Rech­ner­ka­pa­zi­tät und der Erfah­rung mit Simu­la­ti­ons­stu­di­en, die Adsor­ben­zi­en und ins­be­son­de­re Effek­te che­mi­scher Behand­lun­gen mit einer Mul­ti­s­kalen­si­mu­la­ti­on vir­tu­ell zu bewer­ten.

Basie­rend auf den Labor­ex­pe­ri­men­ten und Erkennt­nis­sen aus den Simu­la­tio­nen opti­mie­ren die For­schen­den dar­auf­hin die Bio­sor­ben­zi­en. In einem nächs­ten Schritt wer­den sie in Was­ser getes­tet, das aus dem Klär­an­la­gen­ab­lauf in Wup­per­tal-Buchen­ho­fen stammt.