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Aquaporin-Inside™ Membranes for Brackish water Reverse Osmosis Application

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Ein natürliches Verfahren an die Spitze der Revolution für sauberes Wasser bringen

Wasser ist eine Grundvoraussetzung für das Leben von Menschen, Tieren und Pflanzen – doch der Klimawandel bedroht die weltweite Wasserversorgung, da viele Regionen der Gefahr schwerer Dürren ausgesetzt sind. Ein EU-finanziertes Projekt hat eine Membran entwickelt, die von einem natureigenen Verfahren inspiriert ist, um nachhaltig eine umfassende Versorgung mit sicherem und sauberem Wasser zu gewährleisten.

Klimawandel und Umwelt
Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Während gemeinhin angenommen wird, dass Europa über hinreichende Wasserreserven verfügt, hat der Klimawandel die Wasserknappheit zu einem Phänomen gemacht, das immer weitere Kreise zieht. Insbesondere Regionen in Südeuropa leiden unter Wasserknappheit und greifen auf die Entsalzung von Brack- und Meerwasser zurück, um ihre Frischwasserversorgung sicherzustellen. Angesichts der aller Voraussicht nach steigenden Frischwassernachfrage in den kommenden Jahren ist von einem Wachstum der Entsalzungsindustrie auszugehen. Die Umkehrosmose, derzeit das meistverbreitete Entsalzungsverfahren in Europa, nutzt das osmotische Prinzip, um Salz aus Meerwasser zu entfernen, in dem Wasser durch eine Reihe halbdurchlässiger Membranen geleitet wird. Dies ist allerdings ein energieintensiver Vorgang, der wesentlich zu den CO2-Emissionen des Kontinents beiträgt und zur Freisetzung von Nebenprodukten wie bspw. Sole führt, die der Umwelt schaden können.

Natürlicher Super-Wasserreiniger als Rettung

Um die Herausforderung der Wasserknappheit zu überwinden und das Entsalzungsverfahren nachhaltiger zu gestalten, hat das Wassertechnologieunternehmen Aquaporin eine biomimetische Membran entwickelt, die auf dem Wasserkanalprotein Aquaporin basiert, damit Standard-Polymermembranen mit einem biologischen Wasserkanal verbessert werden. Das Unternehmen hat diese bahnbrechende Technologie im Rahmen des EU-finanzierten Projekts AMBROSIA zu neuen Höhen geführt, da die weltweit erste biomimetische Brackwasser-Umkehrosmosemembran hergestellt und vom Labor auf den industriellen Maßstab übertragen wurde. Angesichts ihres Potenzials, das aktuelle Umkehrosmoseverfahren disruptiv zu verändern, da dieses kosteneffektiver sowie energie- und wassereffizient wird, ist die biomimetische Membran von AMBROSIA ein wichtiger Beitrag zur Entsalzungsindustrie. Projektkoordinator Dr. Jörg Vogel erklärt, wie die Membran über das Projekt von kleinen, wenigen Quadratzentimetern großen Stücken zu einer vollständigen Rolle-zu-Rolle-Fertigung mit mehreren Tausend Quadratmetern nach oben skaliert wurde: „In den drei Jahren des AMBROSIA-Projekts schafften wir diese Aufgabe und entwickelten dem Branchenstandard entsprechende Elemente, die handelsübliche(n) Produkte(n) von Lieferanten mit mehr als 30 Jahren Fertigungserfahrung das Wasser reichen oder übertreffen können. Dies bedeutet, dass wir jetzt über eine vorkommerzielle Aquaporin Inside® Brackwasser-Umkehrosmosemembran verfügen.“

Bahnbrechende Technologie für Trinkwasser und industrielle Anwendungen

Der Weg von der Pilotierung im kleinen Maßstab zur Beschichtung hunderter Meter von Membranen war mit Herausforderungen verbunden und erforderte die gemeinsame Anstrengung der gesamten Unternehmung. „Es gab eine Menge Fehler zu beheben“, sagt Vogel, „vor allem um sicherzustellen, dass wir die Protokolle aus dem Labor auf die Maschine übertragen und ein stabiles und konsistentes Produkt fertigen könnten. Dies betraf die Gruppe für Forschung und Entwicklung in Dänemark, die weitere Pilotversuche mit unserem Team in Singapur sowie viele Tests an der Maschine im vollen Maßstab durchführte. In der Zwischenzeit mussten unsere Protein- und Forschungssachverständigen unsere Aquaporin Inside®-Lösung passend zu den Anforderungen einer Produktion im großen Maßstab optimieren, während unser Geschäftsentwicklungs- und Verkaufsteam hart daran arbeitete, potenzielle Kundschaft zu finden und Partner zu prüfen, die bereit wären, neue Dinge auszuprobieren.“ Die biomimetische Membran legt den Grundstein für eine zielgerichtetere Produktentwicklung in den Entsalzungs-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrien sowie für die Entwicklung eines energieschonenden Umkehrosmoseverfahrens zur Filterung von Brackwasser für die Wasserversorgung von Industrie und Städten. Tatsächlich spielt die Membran schon jetzt eine wichtige Rolle für Forschungs- und Innovationsprojekte innerhalb und außerhalb Europas. „Sie wird im Kontext des Horizont-2020-Projekts REWAISE vorgestellt, wo die chemische Zusammensetzung der Membran weiter optimiert und in gewerbenahen industriellen Pilotumgebungen getestet wird“, sagt Vogel. „Und wir entwickeln im Rahmen eines europäischen Projekts, das auf städtisches Abwasser fokussiert ist, die Brackwasser-Umkehrosmosemembran für die Wasserfilterung und für die Rückgewinnung von Ressourcen weiter.“ Die signifikanten Ergebnisse, die von AMBROSIA erreicht wurden, werden letztlich zu den globalen Maßnahmen beitragen, um die Wasserknappheit zu überwinden, welche zu den größten Herausforderungen unserer Zeit zählt.

Schlüsselbegriffe

AMBROSIA, Wasser, Membran, Entsalzung, Energie, Aquaporin, biomimetisch, Klimawandel, Umkehrosmose, Brackwasser

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