Abwasserbehandlung mit mikrobiellen elektrochemischen Technologien zur Erzeugung von sauberem Wasser
Um die Lücke zwischen innovativen Wasserlösungen und Marktumsetzungen zu schließen, wurde im Rahmen des Projekts iMETland eine vollständige, umweltfreundliche Technologieanwendung entwickelt, mit der kommunale Abwässer aus kleinen Gemeinden ohne Energiekosten behandelt werden. Das Verfahren kombiniert konstruierte Biofilter für Feuchtgebiete mit mikrobiellen elektrochemischen Technologien (MET). Die Kombination von elektroaktiven Bakterien mit elektrisch leitenden Materialien resultierte in einer Aufbereitungsrate, die zehnmal höher als bei traditionellen Verfahren ist. Da das Ergebnis außerdem eine sehr geringe Biomasse ist, werden die Biofilter nicht durch Sedimente verstopft (Kolmation). Das Verfahren entfernt vor allem Schadstoffe aus dem Abwasser und wandelt es nach einer elektro-oxidativen Behandlung in pathogenfreies Wasser um, das sich zur Bewässerung eignet. iMETland hat bereits die Forschungs- und Pilotphasen der Entwicklung überstanden und konnte dank EU-Finanzierung mit einer Demonstrationsanlage im Originalmaßstab fortfahren, um die Marktakzeptanz zu beschleunigen. Die sozialen Netzwerke der lebenden Zelle anzapfen Die iMETland-Technik der bakterieninduzierten Schadstoffreduzierung nutzt im Wesentlichen dieselbe Methode zur Energiegewinnung, die wir für Nahrungsmittel verwenden. Dazu sagt Projektkoordinator Dr. Abraham Esteve-Núñez: „Wir extrahieren Elektronen aus Nahrungsmitteln, die wiederum vom Sauerstoff verbraucht werden, den wir einatmen. Das elektrisch leitende Material, das wir in unseren Systemen verwenden, kann Elektronen unbegrenzt aufnehmen. Somit können die Bakterien mehr Schadstoffe fressen.“ Die Elektronen, die die elektrisch leitenden Biofilter von iMETland durchlaufen, erzeugen elektrischen Strom, durch den die mikrobiellen Gemeinschaften miteinander aus der Ferne interagieren können. Eine Optimierung dieser „elektrischen Kommunikation“ der mikrobiellen Gemeinschaft steigert die Effizienz der Reinigungsarbeiten. Sobald das Wasser frei von chemischen Schadstoffen ist, kann iMETland Bleiche aus dem Chlorid herstellen, das von Natur aus im Wasser vorkommt. Damit werden Bakterien getötet und Wasser erzeugt, das sich problemlos für Bewässerungszwecke eignet. Die Technologie ist deshalb so innovativ ist, weil der Metabolismus der elektroaktiven Bakterien Schadstoffe mit hoher Intensität in Elektrizität umwandeln kann. Dies verhält sich proportional zur Menge der Schadstoffbeseitigung. Je mehr sie fressen, desto mehr Elektrizität wird erzeugt. Betreiber können diese mithilfe von eigens entwickelten intelligenten Werkzeugen messen und somit überwachen, wie effizient Schadstoffe durch die Bakterien entfernt werden. „Die zentrale Herausforderung von iMETland bestand im Umgang mit realen Bedingungen wie unerwarteten jahreszeitlichen Veränderungen. Daher haben wir Tests in kalten nordeuropäischen Wintern und heißen Sommern im Mittelmeerraum durchgeführt“, blickt Dr. Esteve-Núñez zurück. Er führt weiter aus: „Eine angenehme Überraschung war die Dominanz des elektroaktiven Geobacter-Bakteriums bei Vorhandensein von Sauerstoff, wodurch das Verfahrens leistungsfähiger wurde. Das Bakterium wurde bisher immer ohne Sauerstoff gezüchtet. Unsere Erkenntnis hat uns daran erinnert, dass die natürliche Anpassung stärker als wissenschaftliche Vorurteile ist.“ Ein Beitrag zu Wasser- und Abwasserprioritäten Der fachübergreifende Charakter von iMETland fügt sich gut in die Prioritäten zur Wasser- und Abwasserbehandlung der Europäischen Innovationspartnerschaft für Wasser der EU ein. Diese befasst sich vor allem mit der Schaffung von Innovationszentren zur Wasseraufbereitung in Regionen, die aktuell über keine geeigneten Abwasserbehandlungssysteme und Abwasseranlagen verfügen. Sie bietet ein System, mit dem die zur Behandlung von Abwasser benötigte Energiemenge reduziert wird, wodurch die Kommunalkosten und CO2-Emissionen sinken. Derzeit können iMETland-Einheiten, die bereits getestet wurden, in kleinen Gemeinden zur Bewässerung von Gärten oder Grünanlagen eingesetzt werden. Somit wird die optische Attraktivität der Anlagen erhöht. Die Lösung soll auch in öffentlichen Gebäuden zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck wurde sie bereits bei IMDEA Water implementiert. „Metland ist bereits eine eingetragene Marke. Das Konzept kann nun über ein Start-up-KMU namens METfilter, das extra zu diesem Zweck gegründet wurde, auf den Markt gebracht werden“, fasst Dr. Esteve-Núñez zusammen.
Schlüsselbegriffe
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