Aachen - „Euromembrane“: Mit dünnen Folien der großen Dürre begegnen

„Euromembrane“: Mit dünnen Folien der großen Dürre begegnen

Von: Thorsten Karbach
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Hier hilft (fast) nur noch Beten: Ein Schild mit der Aufschrift „Pray for Rain“ (Bete für Regen) drückt die Not in weiten Teilen Kaliforniens aus. Hilfe verspricht hier und in anderen Teilen der Welt die Entsalzung von Meerwasser, das dank hochmoderner Membranen erleichtert wird. Doch noch kostet es zu viel Energie. Die Forschung verspricht auf einem Kongress in Aachen allerdings Abhilfe. Foto: dpa
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Technischer Fortschritt: Matthias Wessling zeigt auf der Euromembrane 2015 in Aachen eine sogenannte tubulare Membran (Röhrenmembran). Der Aachener Verfahrenstechniker und wissenschaftliche Leiter des DWI Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien an der RWTH blickt auf die Chancen, die Membranen etwa in der Wasserversorgung oder auch in der Medizin bieten. Foto: Steindl

Aachen. Das ist alles andere als ein kalifornischer Traum. Der US-Bundesstaat an der Westküste leidet seit über vier Jahren unter einer massiven Trockenheit. Der Gouverneur hatte 2014 den Dürre-Notstand ausgerufen und auch in diesem Jahr massive Wassereinsparungen angeordnet.

Meerwasserentsalzung mit Hilfe von Membranen soll die Dürre lindern. Ist die extrem stromhungrige Technologie der Ausweg aus der Wasserkrise, fragte zuletzt der „Spiegel“. Diese Frage wird in diesen Tagen in Aachen diskutiert. Denn dort sind 700 Fachleute aus aller Welt zusammengekommen, um Entwicklungen im Bereich der Membranen vorzustellen.

Der Kongress „Euromembrane“ findet alle zwei bis drei Jahre statt und ist ein wichtiger Impulsgeber. Das Thema Wasseraufbereitung, bei dem Membranen eine besonders wichtige Rolle spielen, ist wichtiger denn je. Wasser wird bereits als das neue Öl bezeichnet. Dass es durchaus Hoffnung gibt für Kalifornien und andere Regionen, die unter Dürre leiden, erklärt Matthias Wessling, Leiter des Lehrstuhls Chemische Verfahrenstechnik der RWTH Aachen, die die Euromembrane 2015 im Eurogress ausrichtet.

Was können Membranen an dieser Stelle bewegen?

Wessling: Membranen werden eingesetzt, um aus Meerwasser über einen Entsalzungsprozess Trinkwasser zu machen. So wird inzwischen schon ein Großteil des Mittelmeerraums mittels dem Verfahren der sogenannten Umkehrosmose versorgt. Das heißt, das Wasser geht durch die Membran und das Salz wird zurückgehalten.

Was sind das für Membranen?

Wessling: Das sind Kunststoffmembranen, die sehr dicht sind. Sie müssen sie sich als sehr dünne Folien vorstellen und je dünner die sind, umso besser ist es. Das Salz wird zu 99,9 Prozent zurückgehalten. Und mit Salz meine ich Natriumchlorid – das ist Kochsalz.

Wie werden Membranen, die jetzt schon 99,9 Prozent des Salzes zurückhalten, noch leistungsfähiger?

Wessling: Neuerdings geht es vor allem um ganz neue Prozesse. Ich nenne das Entsalzung 3.0. Dabei ist 1.0 die thermische Verdampfung. Sie kochen das Wasser, kondensieren es und dann haben Sie es entsalzt. Dazu brauchen Sie aber sehr viel Energie! 2.0 sind die sogenannten Umkehrosmosemembranen, die wir heutzutage bevorzugt einsetzen. 3.0 ist die Suche nach einer noch effizienteren und vor allem energieärmeren Methode. Denn Wasserproduktion und Energie gehören zusammen. Es wird nicht unbedingt zusammen assoziiert, aber es geht tatsächlich darum, in Zukunft Wasser möglichst energiearm zu produzieren. Da gibt es neue Prozesse, neue Systeme, die wir auch hier in Aachen entwickeln. Das ist aber noch ganz schön schwierig.

Wie sind die Erfolgsaussichten?

Wessling: Es geht hier wirklich um einen neuen Durchbruch in der Entsalzung. Vor allem geht es darum, Prozesse mit viel höherer Ausbeute zu entwickeln. Entsalzung 2.0 leidet noch immer darunter, dass wir aus 100 Liter zu entsalzendem Wasser nur 50 Liter Trinkwasser erhalten. Der Rest bleibt unbenutzt.

Das heißt, es gibt grundsätzlich eine Lösung auf das Problem der Wasserknappheit in Kalifornien und anderswo?

Wessling: Ja, es gibt eine Lösung. Und wäre Energie nicht so teuer, dann wäre Wasserknappheit jetzt schon kein Problem. In Ländern, in denen es viel Öl und Gas gibt, ist es ja auch kein Problem. Darum können sie eine Fußball-Weltmeisterschaft in Katar ausrichten.

Kalifornien und Katar sind weit weg. Was haben Membranen und deren Entwicklung mit unserem Trinkwasser zu tun?

Wessling: Wir wollen unsere Grundwasservorräte, die wir im Boden haben, weiterhin nicht belasten. Wir pumpen aber ständig mehr Grundwasser auf und nutzen es als Trinkwasser, obwohl wir das eigentlich vermeiden wollen. Als Alternative haben wir die sogenannten Oberflächengewässer, zum Beispiel die Talsperren wie die in Roetgen. Das Wasser ist aber nicht rein genug, das müssen Sie noch mal reinigen. Das macht man in mehreren Schritten. Einer, der dabei wichtig ist, ist der, in dem wir sicheres, sauberes und – wir wir auf Englisch sagen – sufficient, also ausreichendes, Wasser machen. Wir befreien es dabei von seinen Schwebstoffen und reinigen es weiter bezüglich Mikroverunreinigungen. Der Schritt der Entfernung von Schwebstoffen ist ganz wichtig, und das machen Membranen. Die haben anders als die Umkehrosmosemembranen Poren, das können Sie sich wie einen Kaffeefilter vorstellen, der die Schwebstoffe zurückhält.

Membranen können aber doch weit mehr, als bei der Wasseraufbereitung eingesetzt werden. Was sind andere Einsatzfelder?

Wessling: Unglaublich spannend sind alle Anwendungen im Bereich der regenerierbaren Rohstoffe und da geht es zum Beispiel um die einfache Frage: Kann ich in einer Kläranlage eine Prozessführung hinbekommen, mit der ich sauberes Wasser mache und in die Umgebung abgeben kann und dabei keine Elektrizität benötige. Also eine elektrizitätsfreie Abwasserbehandlungsmethode. Die wäre ein unglaublicher Durchbruch. Dazu gibt es immer mehr Konzepte. Beispielsweise eines, bei dem der Schlamm in den Faultürmen in den Fokus rückt. Der wird dort vergoren und die Faulgase, die dabei entstehen, enthalten Methan, also eigentlich Erdgas, das wir auch in der Erdgasleitung haben, dann aber noch verunreinigt. Wenn wir das zurückgewinnen und aufarbeiten, können wir damit Strom machen. Dafür werden Membranen eingesetzt in sogenannten Biogasanlagen. Und dann gibt es noch eine große Herausforderung… Da steht uns eine fantastische Entwicklung bevor!

Welche?

Wessling: Das ist Abwasser 3.0. Sie kennen diese Becken, in denen es blubbert, in denen der Schlamm auftreibt. Da wird immer von unten mit Luft begast. Diese Begasung passiert mit Ventilatoren. Und diese Ventilatoren benötigen Energie. Diesen Energieverbrauch müssen wir eliminieren. Da gibt es neue Membranentwicklungen, bei denen sie wie künstliche Lungen kleine Schläuche einlassen, auf diesen kleinen Schläuchen wachsen Zellen und die Zellen bauen dann die Verunreinigungen das Abwassers ab. So kommt man zu ganz neuen Abwasserkonzepten: energieneutral.

Impulse zu diesen Themen gehen in diesen Tagen von Aachen aus. Was zeichnet die Euromembrane aus?

Wessling: Hier werden die neuen Konzepte beschrieben, es gibt erste Erfahrungsberichte, wie solche Anlagen funktionieren, welche Materialien für den Einsatz entwickelt werden. Die 700 Teilnehmer kommen aus ganz Europa und stolz sind wir, dass auch viele Teilnehmer aus Asien und Australien angereist sind. Dabei kommen alle möglichen Disziplinen zusammen: Nanotechnologie, Polymerverarbeitung und -produktion – das machen etwa BASF und Evonik –, Prozessentwicklung, Modellierung. Auch die Medizintechnik.

Inwiefern sind Membranen dort gefragt?

Wessling: Es geht dabei unter anderem um die sogenannte Hämodialyse. Die größte Anwendung der Membranen ist in der Nierenwäsche. Das funktioniert bisher sehr gut. Die Anzahl der Menschen, die mit dieser Technologie weiterleben können wächst jährlich um vier bis sechs Prozent. Das sind heutzutage weltweit 2,2 Millionen Menschen. Hier auf der Euromembrane wurde jetzt vorgetragen, wie die Trennschärfe, also das Trennvermögen der Membranen weiter verbessert werden kann, damit die Patienten länger und besser leben. Solche Effekte sind fast magisch. Allerdings verstehen wir leider noch viel zu wenig. Aber wir wollen mehr verstehen und wir werden in Zukunft mehr verstehen. An der Wechselwirkung zwischen Blut, Zellen und Membranen arbeiten wir auch hier in Aachen am DWI Leibniz-Institut für Interaktive Materialien.

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