nanoEfficiency

Hygienisch und toxikologisch unbedenkliches Trinkwasser ist in vielen Teilen der Welt eine gleichsam kostbare wie endliche Ressource. In 20 Jahren werden - laut dem dritten UN World Water Development- schätzungsweise 47 % der gesamten Weltbevölkerung in Gebieten mit gravierenden Wasserproblemen leben. Filtrationsverfahren können durch die gezielte Trennung von Stoffströmen in wiederverwertbare Komponenten Wasserkreisläufe schließen, Abwasser reinigen und Wasser in Trinkwasserqualität überführen. Fraunhofer UMSICHT optimiert Filtrationsprozesse und entwickelt Mikrofilter für die Wassertechnik und trägt damit seinen Teil zur Verbesserung der Lebensqualität der Menschen bei.

Eine Forschergruppe am Fraunhofer UMSICHT hat einen neuartigen Mikrofilter entwickelt, der Partikel und Keime aus Wasser und Abwasser entfernt. Besonderes Merkmal des Filters: Milliarden winziger Löcher in der Größe von 0,5 bis 10 µm. Mit Wasser erzeugen diese Mikrofilter hohe Filtratflüsse. Sobald jedoch partikelbelastete Medien filtriert werden, nimmt die Filtratleistung exponentiell ab. In wenigen Minuten bildet sich eine Deckschicht aus (Fouling), die im ungünstigsten Fall den Filter vollständig verstopft, selbst die Filterfunktion übernimmt und damit die hohe Durchlässigkeit des Mikrosiebs vollständig aufhebt. Nach Cho beträgt in Deutschland, England und den USA der jährliche, volkswirtschaftliche Schaden durch solche und andere Foulingprozesse ca. 0,25 % des Bruttosozialproduktes. In Deutschland entspricht dies ca. 2 Milliarden Euro.

Ziel der Arbeiten von Fraunhofer UMSICHT im BMBF-Projekt »Nanoefficiency« war die Entwicklung eines neuartigen Beschichtungsverfahrens für Mikrofilter, das Schichten erzeugt, die eine Antifoulingwirkung besitzen, antikorrosiv sind, dauerhaft haften, nicht verbraucht werden und nicht dicker als 100 Nanometer sind. Auf die Filteroberfläche werden nasschemisch reaktive Antifoulingschichten aufgebracht, die diesen Kriterien entsprechen.

Das Ergebnis wurde mit Hilfe zahlreicher Versuchsreihen erzielt. Auf sechzig Mikrofiltern haben die Forscher fünf verschiedene Antifoulingschichten in diversen Beschichtungsdispersionen appliziert und auf ihre Haftbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und chemische Aktivität getestet. Die Antifoulingwirkung wurde durch das Aufbringen von verdünntem Belebtschlamm getestet, der als Filterkuchen auf dem Mikrofilter abgeschieden wurde. Im Gegensatz zu einem unbeschichteten Filter zeigten sich bei dem Produkt mit funktionaler Oberfläche auch nach längerem Gebrauch keine neuen Foulingherde. Die Schmutz abweisende Oberfläche reduziert also deutlich die Foulingneigung der Mikrofilter. Zudem wurde hier eine Reduktion der Keime um 4-log-Stufen nachgewiesen. Damit kann die aufwändige Reinigung der Filter in der Wasseraufbereitung, die mit einem hohen Verbrauch an Chemikalien verbunden ist, deutlich reduziert werden. Die beschichteten Mikrofilter wurden in einer Versuchsanlage mit einer Leistung von einem Kubikmeter gefiltertem Wasser pro Stunde erfolgreich auf ihre Anwendbarkeit getestet.
Wenn sich die Mikrofilter bei ihrem Einsatz in der transportablen Trinkwasseraufbereitung in Krisengebieten bewährt haben, sollen sie auch in großtechnischen Anwendungen wie der kommunalen Wasser- und Abwassertechnik zum Einsatz kommen. Hier können die Filtermodule helfen, viel Geld zu sparen, denn Foulingschichten verursachen in Abwasser- und Entsalzungsanlagen jährliche Kosten von mehr als einer Milliarde Euro.

„nanoEfficiency” wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept "Forschung für die Produktion von morgen" (02PO2490) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.

Nanoefficiency-Projektpartner:

CUT GmbH & Co. KG

NANO-X GmbH

Bartels Mikrotechnik GmbH

EVERS e. K. WASSERTECHNIK und ANTHRAZITVEREDELUNG

Sachtleben Chemie GmbH

{REPLACE_FOOTER}