13 Okt. Sauberes Wasser mittels Keramik und UV-Licht
Kompakte Schaumkeramiken mit funktionalen Beschichtungen, die durch fotokatalytische Oxidation auch hartnäckige Schadstoffe in Wasser wirkungsvoll abbauen, entwickeln Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS. „Durch Bestrahlung der funktionalisierten Oberflächen mit UV-Licht entstehen im zu behandelnden Wasser hochreaktive Radikale, die organische Verunreinigungen zersetzen“, erklärt Franziska Saft, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IKTS in Dresden, die Vorteile der Entwicklung. „Dabei fallen keine unerwünschten Nebenprodukte an, auch sind keine weiteren Betriebsmittel wie beispielsweise Ozon erforderlich.“
Die Effizienz dieses Verfahrens hängt stark vom Kontakt zwischen Schadstoff, Katalysator und Licht ab. Die Schaumkeramiken bieten durch ihre hochporöse, netzwerkartige Struktur große Oberflächen und dienen daher als Träger für verschiedene Katalysatoren und Adsorbenzien. Zudem ermöglicht die hohe offene Porosität von bis zu 90 % eine gute Lichtdurchlässigkeit. „Unsere Schaumkeramiken bieten sehr viel Platz, um verschiedene Katalysatoren zu verankern. Dadurch können wir eine hohe Reaktionsoberfläche erzeugen“, sagt die projektbeteiligte Wissenschaftlerin Dr. Daniela Haase. „Bereits mit dünnen Schichten auf der Schaumkeramik sind dabei hohe katalytische Umsätze erreichbar. Wichtig ist die Stabilisierung der Katalysatoren auf dem Schaum, sodass sie beim Durchströmen des Abwassers nicht ausgespült werden.“
Anlagenbau für Pilotprojekte
Mit der effizienten und nachhaltigen Lösung sollen nach Aussage der Forschenden insbesondere industrielle Prozess- und Abwässer behandelt werden. Die Forschenden und ihre interdisziplinären Projektteams entwickeln die Abwasseraufbereitungsanlagen nach eigenen Angaben selbst – von der Auswahl und Gestaltung der multifunktionalen Schaumkeramiken mit optimierter Geometrie und Katalysatorbeschichtung bis hin zu den passenden Lichtquellen, etwa energieeffiziente UV-LEDs. Auch das Reaktordesign wird gezielt an die jeweiligen Anforderungen angepasst. Dies ermöglicht die Integration in bestehende Systeme sowie die anwendungsgerechte Skalierung und Pilotierung der Anlage bei den Kunden. Dazu zählen Unternehmen aus der Pharma-, Halbleiter-, Papier-, Milch- oder Textilindustrie, die die Schadstoffe direkt vor Ort und noch vor der Einleitung ins Klärwerk abbauen wollen. Somit gelangen sie erst gar nicht in die aquatische Umwelt.
Keramisches Stacksystem mit multifunktionaler Schaumkeramik und LED-Array zur effizienten, fotokatalytischen Reinigung industrieller Prozess- und Abwässer. Bild: Fraunhofer IKTS
Effizienzsteigerung und Skalierung
Die bisherigen Ergebnisse sind laut den Forschenden vielversprechend. Erste Pilotanwendungen zeigen, dass die fotokatalytisch wirksamen Schaumkeramiksysteme erfolgreich Schadstoffe abbauen. Um die Effizienz weiter zu steigern, arbeiten die Teams an neuartigen Katalysatordesigns und der Kombination mit Adsorptionsmaterialien. Langfristig streben die Forschenden an, die Technologie in noch größerem Maßstab zu etablieren und zu einem Schlüsselbaustein moderner industrieller Wasserkreisläufe zu machen.
Quelle und Bild: www.ikts.fraunhofer.de