Industrielle Abwässer sind weltweit eine Herausforderung für Umwelt und Gesundheit. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden haben nun eine neue Generation kompakter Wasseraufbereitungssysteme entwickelt. Diese basiert auf photokatalytischer Oxidation und ermöglicht es, selbst schwer abbaubare Schadstoffe wie Arzneimittelrückstände oder PFAS direkt vor Ort effizient zu eliminieren – ganz ohne den Einsatz zusätzlicher Betriebsmittel.
Zentrales Element der neuen Technologie sind multifunktional beschichtete Schaumkeramiken, deren Oberfläche durch UV-Lichtbestrahlung hochreaktive Radikale erzeugt. Diese bauen organische Verunreinigungen wirkungsvoll ab, ohne unerwünschte Nebenprodukte zu hinterlassen. Die Systeme eignen sich besonders für den Einsatz in der Industrie und lassen sich flexibel in bestehende Prozesse integrieren.
Wasseraufbereitung durch photokatalytische Oxidation
„Durch Bestrahlung der funktionalisierten Oberflächen mit UV-Licht entstehen im zu behandelnden Wasser hochreaktive Radikale, die organische Verunreinigungen zersetzen. Dabei fallen keine unerwünschten Nebenprodukte an, auch sind keine weiteren Betriebsmittel wie beispielsweise Ozon erforderlich“, verweist Franziska Saft, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IKTS in Dresden, auf die Vorteile der Entwicklung. „Mit unserer effizienten und nachhaltigen Lösung fokussieren wir uns insbesondere auf die Behandlung von industriellen Prozess- und Abwässern.“
Die hochporösen Schaumkeramiken übernehmen dabei eine Schlüsselrolle: Ihre netzwerkartige Struktur bietet eine große Oberfläche zur Katalysatoranlagerung und ermöglicht gleichzeitig eine gute Lichtdurchlässigkeit. Mit einer offenen Porosität von bis zu 90 Prozent dienen sie als effektive Träger für verschiedene Katalysatoren und Adsorbenzien.
„Unsere Schaumkeramiken bieten sehr viel Platz, um verschiedene Katalysatoren zu verankern. Dadurch können wir eine hohe Reaktionsoberfläche erzeugen. 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“, ergänzt Dr. Daniela Haase, die ebenfalls dieses Projekt vorantreibt.
Individuelle Anlagen für industrielle Anwendungen
Am Fraunhofer IKTS entstehen nicht nur innovative Materialien, sondern komplette Systeme zur Wasseraufbereitung – exakt zugeschnitten auf industrielle Anforderungen. Die interdisziplinären Projektteams entwickeln die Anlagen vollständig selbst: von der Auswahl geeigneter Schaumkeramiken mit optimierter Geometrie über die funktionalen Beschichtungen bis hin zur Integration energieeffizienter UV-LEDs als Lichtquelle. Auch das Reaktordesign wird individuell angepasst, um eine optimale Prozessführung zu gewährleisten.
Dank dieses systemischen Ansatzes lassen sich die kompakten Aufbereitungseinheiten direkt in bestehende Anlagen integrieren. Besonders Unternehmen aus der Pharma-, Halbleiter-, Papier-, Milch- und Textilindustrie profitieren davon, weil sie ihre Abwässer direkt am Entstehungsort behandeln können – noch bevor diese ins Klärwerk gelangen. So wird verhindert, dass Schadstoffe in die Umwelt eingetragen werden.
Praxisnahe Pilotierung und Blick in die Zukunft
Erste Pilotanwendungen zeigen bereits, dass die photokatalytisch aktiven Schaumkeramik-Systeme in der Praxis effektiv arbeiten und Schadstoffe zuverlässig abbauen. Um das Potenzial weiter zu steigern, arbeiten die Forschenden aktuell an weiterentwickelten Katalysatordesigns sowie an der Kombination mit adsorptiven Materialien.
Langfristig ist das Ziel, die Technologie großflächig zu etablieren und sie zu einem festen Bestandteil moderner industrieller Wasserkreisläufe zu machen. Damit leistet das Fraunhofer IKTS einen wichtigen Beitrag zum nachhaltigen Umgang mit Wasserressourcen und zum aktiven Umweltschutz.