Fortschritte bei der Technik für nachhaltige Wasseraufbereitung
Der Zweck der Wasseraufbereitung besteht darin, die Gesamtqualität des Wassers zu verbessern. Die heutigen Wasseraufbereitungstechniken sind leistungsstark und halten unser Wasser effizient sauber – eine Reihe ungelöster Probleme gibt es dennoch. Neben Arzneimittelrückständen und Organofluorverbindungen, den sogenannten PFAS, bleiben oft auch hochwertige Nährstoffe wie Nitrat und Phosphat im Wasser. Wenn diese Nährstoffe im Abfallstrom verbleiben, können sie sich negativ auf die Umwelt auswirken. Das von der EU finanzierte Projekt E-motion trägt dazu bei, das Wasseraufbereitungsverfahren zu verbessern. „Unser Ziel ist es, die selektive Rückgewinnung von Ionen, einschließlich Nährstoffen wie Phosphat, aus Wasser auf wirtschaftliche, hocheffiziente und chemikalienfreie Weise weiterzuentwickeln“, sagt Louis de Smet, Professor für fortschrittliche Grenzflächen und Materialien an der Universität Wageningen, dem Hauptpartner des Projekts. Hierfür konzentrierte sich das Projekt auf elektrobetriebene Trennung.
Abstimmung der Ionenselektivität
Laut de Smet werden bei der von ihm angewendeten elektrobetriebenen Trennung poröse Elektroden eingesetzt, um bestimmte Ionen durch Elektroadsorption aus dem Abwasserstrom zu entfernen – ein Verfahren, das als kapazitive Deionisation bezeichnet wird. Dies geschieht durch die Integration beispielsweise von ionenselektiven Polymermembranen. „Die Membran kann als Netz gedacht werden, das den Zielnährstoff aus dem Abwasser filtert“, ergänzt er. Klingt einfach genug? Nun, nicht ganz. Ein Problem, mit dem sich das Projekt befassen musste, war, dass es aufgrund der Größe von Phosphationen schwierig ist, eine Membran zu entwerfen, die nur Phosphat passieren kann. Stattdessen entschieden sich die Forschenden für eine andere Strategie – und kehrten den Ansatz um. „Statt auf eine Membran, die Phosphat passieren lässt, konzentrierten wir uns darauf, Phosphat drinnen zu halten und alle anderen Anionen durchzulassen“, so de Smet. Die vielseitige Forschungsgruppe verknüpfte ihr Fachwissen und konnte so die Ionenselektivität abstimmen, und dies mit einer Strategie über den Größenausschluss hinaus. „Dies gelang uns, indem wir die Chemie der Materialien anpassten und ausgeklügelte Materialkombinationen wie neue Elektrodenmaterialien mit beschichteten und unbeschichteten Membranen verwendeten“, erklärt de Smet.
Ein besseres Verständnis elektrobetriebener Ionenselektivität
Laut de Smet hat das Projekt, das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, durch die Abstimmung von Materialeigenschaften und die Optimierung von Systemparametern neue Erkenntnisse über die elektrobetriebene Ionenselektivität hervorgebracht. „Alle Ergebnisse des Projekts tragen dazu bei, Fortschritte bei der Technik für nachhaltige Wasseraufbereitung zu erzielen“, schlussfolgert er. Die Forschenden schließen derzeit ihre letzten Untersuchungen ab. Das Team hat sich zusätzliche Fördermittel vom niederländischen Forschungsrat gesichert, die für die Erforschung anderer alternativer Elektrodenmaterialien – einschließlich einiger Nanomaterialien, die derzeit in Energiespeicheranwendungen eingesetzt werden – bei ionenselektiven Trennverfahren verwendet werden sollen.
Schlüsselbegriffe
E-motion, Abwasser, Wasseraufbereitung, elektrobetriebene Trennung, Wasser, Nitrat, Phosphat, Ionen, kapazitive Deionisation, Elektrodenmaterialien
