Robert Klatt
Ein neues Verfahren entfernt bis zu 98 Prozent aller Mikroschadstoffe aus dem Trinkwasser. Herkömmliche Technologien zur Wasserreinigung und -aufbereitung können diese kaum filtern.
Karlsruhe (Deutschland). Die Trinkwasserqualität in Deutschland ist im globalen Vergleich hervorragend. Trotzdem können über das Abwasser Arzneimittel, Pestizide und andere Chemikalien sowie Hormone in das Trinkwasser gelangen, weil die gängigen Technologien zur Wasserreinigung und -aufbereitung nicht alle Verbindungen komplett entfernen können. Dies ist besonders bei hormonell wirksame Verbindungen wie den Geschlechtshormonen Estradiol, Testosteron und Progesteron problematisch, weil diese bereits bei Konzentration im Nanobereich eine biologische Wirkung entfalten können.
„Die Herausforderung für die Wissenschaft ist, sensiblere Methoden zu entwickeln, um die Hormon-Moleküle anzugreifen“, sagt Andrea Schäfer vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Gängige Methoden können Steroidhormone jedoch kaum erkennen und eliminieren, weil diese nur in sehr geringen Konzentrationen im Trinkwasser vorkommen. „Auf eine Trillion Wassermoleküle kommt ein Hormon-Molekül. Das ist eine extrem niedrige Konzentration“ erklärt Schäfer.
Ein Team um Schäfer und ihren Kollegen Roman Lyubimenko hat laut einer Publikation im Fachmagazin Applied Catalysis B: Environmental deshalb eine neue Methode entwickelt, um Mikroschadstoffe aufspüren und entfernen zu können. Dies erfolgt mit einem photokatalytischen Verfahren, bei dem eine großporige Polymermembran mit Licht als Reaktionsauslöser bestrahlt wird. Diese Membran ist mit Palladium-Porphyrin, einem Molekül, das das sichtbare Spektrum des Lichts absorbiert, beschichtet. „Entscheidend ist, dass wir die Oberfläche jeder einzelnen Pore mit dem Photosensibilisatormolekül beschichten und so die Angriffsfläche vergrößern“, erklärt Lyubimenko.
Laut ersten Tests baut das neue Verfahren Mikroschadstoffe bis zum Nanobereich zu großen Teilen chemisch ab. Trifft das simulierte Sonnenlicht auf die beschichtete Membran, aktiviert dies einen chemischen Prozess, bei dem die hochreaktive Sauerstoff-Spezies Singulett-Sauerstoff entsteht. Dieser Sauerstoff reagiert dann mit den im Wasser enthaltenen Hormon-Molekülen und wandelt diese dadurch in ungefährliche Oxidationsprodukte um.
Pro Stunde kann ein Quadratmeter der Membran zwischen 60 und 600 Liter Wasser filtern. Das biologisch aktivste Steroidhormon Estradiol wurde dabei zu 98 Prozent aus dem Wasser entfernt. Auch bei Mischungen verschiedener Steroidhormone, die deutlich praxisnaher ist, wurde ein Großteil der Schadstoffe aus dem Wasser entfernt.
„Diese Studie liefert neue Einblicke in solarbetriebene photokatalytische Wasseraufbereitungstechnologien zur effektiven Entfernung von Mikroverunreinigungen“ konstatieren die Wissenschaftler. Sie wollen nun den photokatalytischen Prozess so optimieren, dass dieser in einem industriellen Maßstab genutzt werden kann.
Dazu muss unter anderem untersucht werden, wie viel Porphyrin und welche Lichtintensität das Verfahren benötigt. Außerdem wollen die Forscher herausfinden, ob statt des teuren Palladiums aus der Gruppe der Platinmetalle auch andere Metalle verwendet werden können.
Applied Catalysis B: Environmental, doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120097
