Die Verunreinigung von Wasser ist ein drängendes Problem, das sowohl in Entwicklungsländern als auch in hochindustrialisierten Nationen ernsthafte Herausforderungen mit sich bringt. Trotz fortschrittlicher Infrastruktur gelangen weiterhin schädliche Substanzen in unsere Wasserquellen. Vor allem Pestizide, Rückstände von Arzneimitteln, Industriechemikalien und Mikroplastik sind häufige Verursacher dieser Problematik. Laut dem Umweltbundesamt wurden bis 2023 bereits 40 verschiedene Arzneimittelrückstände im Trinkwasser nachgewiesen. In Grund- und Oberflächenwässern sowie in Abwässern von Kläranlagen sind die Werte noch besorgniserregender. Herkömmliche Reinigungsmethoden stoßen häufig an ihre Grenzen, da sie nicht alle Spurenstoffe vollständig beseitigen können.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden innovative Ansätze entwickelt. Sie konzentrieren sich auf die Schaffung kompakter und energieeffizienter Wasseraufbereitungssysteme, die auf photokatalytischer Oxidation basieren. Diese Systeme nutzen spezielle Schaumkeramiken, die mit multifunktionalen Beschichtungen versehen sind, um hartnäckige Schadstoffe im Wasser abzubauen.
Ein zentrales Element dieser neuen Technologie ist die Fähigkeit der beschichteten Schaumkeramiken, durch UV-Licht aktivierte, hochreaktive Radikale zu erzeugen. Diese Radikale zerlegen organische Verunreinigungen im Wasser, ohne dabei unerwünschte Nebenprodukte zu erzeugen. Zudem sind keine zusätzlichen Chemikalien wie Ozon erforderlich, was die Anwendung noch umweltfreundlicher macht. Laut Dr. Franziska Saft, einer Wissenschaftlerin am Fraunhofer IKTS, ist dieses Verfahren besonders vorteilhaft für die Behandlung von industriellen Prozess- und Abwässern.
Die Effizienz der Wasseraufbereitung hängt entscheidend vom Kontakt zwischen den Schadstoffen, dem Katalysator und dem Licht ab. Die speziell entwickelten Schaumkeramiken besitzen eine hochporöse und netzwerkartige Struktur, die eine große Oberfläche bietet. Diese Struktur ermöglicht es, verschiedene Katalysatoren und Adsorbentien zu verankern und sorgt gleichzeitig für eine hohe Lichtdurchlässigkeit von bis zu 90 Prozent. Dr. Daniela Haase, die ebenfalls an dem Projekt arbeitet, hebt hervor, dass die Stabilität der Katalysatoren auf der Schaumkeramik entscheidend ist, um sicherzustellen, dass sie während des Durchflusses von Abwasser nicht ausgespült werden.
Ein weiterer innovativer Aspekt der Entwicklung ist, dass die Forscher die Abwasseraufbereitungsanlagen selbst konzipieren. Dies umfasst die gezielte Auswahl und Gestaltung der Schaumkeramiken sowie die Anpassung der Lichtquellen, wie etwa energieeffiziente UV-LEDs. Auch das Design der Reaktoren wird auf die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Industrie zugeschnitten. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration in bestehende Systeme und die Anpassung der Technologie an die Bedürfnisse der Kunden.
Die Pilotprojekte, die bereits in verschiedenen Branchen wie der Pharma-, Halbleiter-, Papier-, Milch- und Textilindustrie durchgeführt wurden, zeigen vielversprechende Ergebnisse. Die Unternehmen haben die Möglichkeit, Schadstoffe direkt vor Ort abzubauen, bevor diese in Kläranlagen gelangen und somit die aquatische Umwelt belasten. Die Forscher arbeiten kontinuierlich daran, die Effizienz der Systeme zu steigern, indem sie neue Katalysatordesigns und Kombinationen mit Adsorptionsmaterialien entwickeln.
Langfristig haben sich die Wissenschaftler zum Ziel gesetzt, diese Technologie in größerem Maßstab zu etablieren und sie zu einem zentralen Bestandteil moderner industrieller Wasserkreisläufe zu machen. Mit diesen Fortschritten leisten sie einen bedeutenden Beitrag zum Umweltschutz und zur Sicherung hochwertiger Wasserressourcen. Sauberes Wasser ist nicht nur ein Menschenrecht, sondern auch eine essentielle Voraussetzung für die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bevölkerung und unseres Planeten.
