Wertstoffe aus Abwasser : Datum:
Forschende des Leibniz-Instituts für interaktive Materialien entwickeln Technologien, um Salze energieeffizient aus industriellem Abwasser zu entfernen und als wertvolle Rohstoffe zu nutzen. Ihr Projekt ist Teil des RUBIN-Bündnisses „Aachen Network for Waste Water Reuse“ (AIX-Net-WWR).
Mindestens ein Dutzend durchsichtige Kästen, jeder etwa so groß wie eine herkömmliche Spülmaschine, prägen das Bild des Labors. In jeder dieser Boxen fördert eine Pumpe Flüssigkeit durch einen kleinen, flachen Apparat, der hauptsächlich aus zwei parallelen Platten zu bestehen scheint. Der Apparat wird über Kabel mit Strom versorgt und ist an Messgeräte angeschlossen.
Ein Schild klebt an jedem der Kästen: In griechischen Buchstaben stehen darauf beispielsweise Athena, Poseidon, Thalassa oder Jo. „Wir hätten unsere Versuchsanlagen auch einfach durchnummerieren können, um sie für unsere interne Kommunikation eindeutig zuzuordnen. Aber ich fand die Namen von Wassergöttern und Wassernymphen aus der griechischen Mythologie interessanter und passend“, schmunzelt Dr. Christian Linnartz vom Leibniz-Institut für interaktive Materialien.
Denn in den Versuchsanlagen geht es um Wasser. Genauer gesagt darum, wie gut und mit welchem Energieaufwand es gelingt, mit der sogenannten fließkapazitativen Deionisierung (FCDI) gezielt Salze aus industriellen Abwässern zu entfernen – nicht nur, um das Wasser zu reinigen, sondern auch, um die wertvollen Salze zurückzugewinnen. Bei der FCDI wird Aktivkohle-Tinte durch Module gepumpt, an die eine elektrische Spannung anliegt – die plattenförmigen Apparate in den transparenten Kästen. Die Aktivkohle-Teilchen binden elektrostatisch die Salz-Ionen, die im Abwasser gelöst sind, und fischen sie sozusagen heraus.
Vom Labor zur Demonstrationsanlage
„Wir erforschen die FCDI seit rund zehn Jahren. Im Projekt AIX-DEZI wollen wir die Technologie vom Labormaßstab in eine Demonstrationsanlage überführen“, sagt Projektleiter Linnartz. Das Projekt ist Teil des Bündnisses „Aachen Network for Waste Water Reuse“ (AIX-Net-WWR) und das Kürzel DEZI steht für DEZentrale Industrielle Anwendung. Im RUBIN-Bündnis haben sich elf Unternehmen, ein Start-up und fünf Forschungseinrichtungen in der strukturschwachen Städteregion Aachen und Heinsberg zusammengeschlossen, um den Weg in eine künftige nachhaltige, dezentrale und wirtschaftliche Wasserversorgung und Wasserentsorgung zu ebnen.
Eine Frage der Salzkonzentration
„In zentralen Klärwerken, in denen das Abwasser ganzer Orte oder Städte gereinigt wird, ist die Rückgewinnung von Salzen zu energieaufwändig und kostspielig, weil deren Konzentration niedrig ist“, erläutert Linnartz. „Doch als Ergänzung zu den kleinen, dezentralen Container-Anlagen, wie sie unser RUBIN-Bündnis AIX-Net-WWR entwickelt, kann sich die Salzrückgewinnung sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch lohnen.“ Ein mögliches Einsatzgebiet sind kleine Stadtquartiere, in denen beispielsweise ein metallverarbeitender Betrieb oder eine Wäscherei angesiedelt ist.
FCDI ist dabei nicht die einzige Technologie, an der die Forschenden im Projekt AIX-DEZI arbeiten. „Bei der FCDI angelt man sozusagen aktiv im Abwasser nach den Salzionen“, sagt Projektmitarbeiterin Christiane Sander. „Die zweite Methode lässt sich eher mit den Vorgängen in einer Espressomaschine vergleichen.“ Das gesamte Wasser wird unter Druck durch ein Sieb beziehungsweise einen Filter gepresst, wobei im Falle der Espressomaschine Kaffeepulver und im Falle des Abwassermoduls Salz zurückbleibt.
Nanofiltration mit beschichteten Hohlfasern
Die Filter in solchen stabförmigen Modulen basieren auf Hohlfasern aus Kunststoff oder Keramik. Das Rückhaltevermögen der Hohlfasern für ein bestimmtes Salz im Abwasser lässt sich durch Beschichtung mit langkettigen und elektrisch geladenen Molekülen – Polyelektrolyten – maßschneidern. Genau das erfolgt in einem anderen Labor des Leibniz-Instituts: Spezialisierte Laborgeräte tragen hier weitgehend vollautomatisch bis zu 20 Schichten der Polyelektrolyte auf. So entstehen Nanofiltrationshohlfasermembranen, die es braucht, um Salz-Ionen mit Durchmessern von weniger als einem Nanometer (Millionstel Millimeter) herauszufiltern.
„Assoziierte Industriepartner stellen uns Abwasserproben zur Verfügung. Wir arbeiten daran, Art und Zahl der Membranbeschichtungen möglichst gut auf einzelne zurückzugewinnende Salze in diesen Abwasserproben anzupassen“, erklärt Sander. Um den Druck in den Nanofiltrationsmodulen aufzubauen und aufrechtzuerhalten, wird Energie benötigt. „Ein wichtiger Teil unserer Forschung ist es, die Energiebilanzen der beiden Verfahren zu vergleichen und herauszufinden, welches Verfahren für welche Art von Abwasser besser geeignet ist“, sagt Linnartz.
Was mit den durchsichtigen Kästen in den Aachener Laboren beginnt, wird morgen hoffentlich dazu beitragen, wertvolle Ressourcen zurückzugewinnen und Stoffkreisläufe zu schließen. Das wäre sicher ganz im Sinne der mythologischen Wassergötter.