Umweltfreundlichere und effizientere Entfernung von Mikroverunreinigungen aus Gewässern
Der Eintrag von Antibiotika ins Grundwasser fördert die besorgniserregende Zunahme von Antibiotikaresistenzen. Perfluoralkylverbindungen sind eine Übergruppe Tausender synthetischer Chemikalien mit großem Anwendungsspektrum, die gesundheitliche Risiken bergen, da sie als krebserregend gelten und Unfruchtbarkeit begünstigen. Dies sind nur zwei Beispiele für Mikroverunreinigungen, deren effiziente Entfernung mit bisherigen Aufbereitungsmethoden nicht gelingt. Eine Lösung könnte nun vom EU-finanzierten Projekt SMART kommen, das eine neue Generation katalytischer Folien entwickelte. „Mehr denn je ist ein Ansatz gefragt, der nachhaltig, kosteneffizient, einfach und sicher ist“, erklärt Salvador Pané i Vidal vom Institut für Robotik und Intelligente Systeme der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich. „So hat etwa die Schweiz das krebserregende Pestizid Chlorothalonil verboten, da dessen Abbauprodukte weiterhin mit über 0,1 Mikrogramm/Liter in mehr als jedem zweiten Kanton das Grundwasser belasten.“
Katalytische Folien als effiziente und „saubere“ Lösung
Doktorandin Fajer Mushtaq, die von Pané i Vidal betreut wird, entwickelte ein neuartiges katalytisches Folienmaterial mit großer, nanoporöser Oberfläche, auf der durch Licht oder Vibrationen kurzzeitige positive und negative Ladungen erzeugt werden. Nach dieser Aktivierung bewirken die Ladungen bei Kontakt mit Wasser, dass die Wassermoleküle aufgespalten und große Mengen eines hochreaktiven Oxidationsmittels erzeugt werden (reaktive Sauerstoffspezies, ROS), etwa Hydroxylradikale. „Diese ROS sind nicht-selektiv und reagieren schnell mit Schadstoffen im Wasser. Sie zerlegen sie in harmlose Nebenprodukte wie CO2 und H2O und besitzen eine sehr kurze Lebensdauer (Mikro- bis Nanosekunden)“, fügt Pané i Vidal hinzu.
Mobiler Wasseraufbereitungsreaktor
Unterstützt vom Europäischen Forschungsrat optimierte das Projekt zunächst im Nanomaßstab die Porosität und Materialeigenschaften und dann im Makromaßstab auch die Größe und Form des Katalysators. Ziel ist die Vorbereitung für kommerzielle Abwasseraufbereitungsanlagen. Der mobile Reaktor von SMART ist für die dezentrale Aufbereitung von täglich 1 000 Litern Abwässern aus Industrie und Krankenhäusern ausgelegt. „Unsere Reaktoren arbeiten mit Lichtquellen oder mechanischer Vibration, z. B. aus strömendem oder sprudelndem Wasser. Für die Entfernung von Mikroverunreinigungen aus Abwasser mittels Ozon-Oxidation oder Pulver-Aktivkohle musste bislang entweder sehr energieaufwändig Ozon erzeugt oder die teure Aktivkohle, die nach der Reinigung verbrannt werden muss, ständig erneuert werden.“ Basierend auf der hervorragenden Aufbereitungsleistung des SMART-Katalysators gründete das Projekt 2020 das Unternehmen www.oxyle.com (Oxyle). „Ich bin überaus zufrieden mit der Arbeit unseres Teams und sehr gespannt auf den Start unseres CleanTech-Unternehmens, das auf modernste kostengünstige, nachhaltige und dezentralisierte Wasseraufbereitung für Industrie- und Kommunalkunden spezialisiert ist“, sagt Pané i Vidal. Im Jahr 2021 warb Oxyle über hochdotierte Stipendien und Auswahlverfahren Fördermittel in Höhe von mehr als 3,1 Mio. EUR ein. „Mit den Mitteln können wir 2022 weitere bezahlte Pilotprojekte vor Ort durchführen, Produkte zertifizieren und unsere Reaktoren auf den Markteintritt 2023 vorbereiten.“
Schlüsselbegriffe
SMART, Mikroverunreinigungen, Wasser, Grundwasser, Aufbereitung, Katalysator
