Sonntag, Juni 23, 2024
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Meldungen aus der Wissenschaft 2023

2023


Exorbitant hohe Umweltbelastung durch Antibiotika-Produktion

AOK, IWW und Umweltbundesamt haben in einer Studie Abwässer aus der Arzneimittelherstellung in Indien und Europa getestet. Nun fordern sie eine Änderung des EU-Arzneimittelrechts sowie einheitliche Kontrollsysteme.
unehmende Antibiotikaresistenzen gefährden die Gesundheitsversorgung und führen weltweit zu einer hohen Zahl an vorzeitigen Todesfällen. Aus diesem Grund startete die AOK-Gemeinschaft im Jahr 2020 unter der Federführung der AOK Baden-Württemberg gemeinsam mit dem IWW Rheinisch-Westfälischen Institut für Wasserforschung und mit Unterstützung des Umweltbundesamtes eine Pilotstudie zur ökologischen Nachhaltigkeit in der Antibiotikaversorgung.
Die weltweit erste Studie mit detaillierten Einblicken…mehr:
https://www.zfk.de/wasser-abwasser/abwasser/exorbitant-hohe-umweltbelastung-durch-antibiotika-produktion

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Wie Kläranlagen zur Energiewende beitragen können

Grünes Methan
Durch innovative Technik könnte jede Kläranlage umweltfreundlich Methan aus Kohlendioxid produzieren. Das Methan kann wiederum wie Erdgas in der vorhandenen Infrastruktur genutzt werden.
Versorgt man die Mikroorganismen, die in Kläranlagen das Wasser aufbereiten, zusätzlich mit etwas Wasserstoff und Kohlendioxid, stellen sie reines Methan her. Damit kommen Erdgasheizungen und -fahrzeuge klar, ohne dass es technischer Anpassungen bedarf. Die beiden Arbeitsgruppen der Ruhr-Universität Bochum von Dr. Tito Gehring bei Prof. Dr. Marc Wichern und Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel haben gemeinsam ein technisches Zusatzmodul entwickelt, dass im Prinzip jede Kläranlage auf umweltfreundliche Weise zu einer CO2-Senke und dezentralen Methan-Erzeugungsanlage machen kann. Sie berichten in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science vom 16. August 2023.

Schlechter Ruf, gute Eigenschaften
Methan hat als klimaschädliches Gas einen schlechten Ruf. Es bringt aber einige gute Eigenschaften mit, die es dazu befähigen, ein Baustein der Energiewende zu werden: Es ist leichter zu handhaben und besser zu speichern als Wasserstoff, weil die Moleküle größer sind und es daher weniger leicht flüchtig ist. Seine Energiedichte ist viermal höher als die von Wasserstoff, und es lässt sich ohne Anpassung in die vorhandene Erdgasinfrastruktur einspeisen. „Erdgasfahrzeuge oder -heizungen können ohne Schwierigkeiten mit Methan betrieben werden“, verdeutlicht Tito Gehring vom Lehrstuhl Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik. Er führt noch einen weiteren Vorteil des Gases gegenüber Wasserstoff an, der in südlichen, wasserarmen Gegenden hergestellt wird: Exportiert man ihn und nutzt ihn hier, hat man gleichzeitig auch Wasser exportiert. Dies wird durch das Methan als Energieträger stark gemildert, wodurch der Wasserverlust um etwa die Hälfte reduziert wird.
Methan kann durch Bakterien sehr effizient hergestellt werden und fällt zum Beispiel in Kläranlagen als Bestandteil von Biogas an. „Manche Kläranlagen gewinnen dadurch ihren eigenen Energiebedarf und sind somit energetisch autark“, erklärt Tito Gehring. Das Biogas enthält allerdings nur 60 Prozent Methan und verschiedene andere Stoffe. Hier kommt das Konzept der Bochumer Arbeitsgruppen ins Spiel: Damit hochkonzentriertes Methan entsteht, brauchen die Mikroorganismen neben CO2 auch Wasserstoff, der dem System zugeführt werden muss. Um ihn herzustellen, entwickelte die Gruppe um Ulf-Peter Apfel von der Arbeitsgruppe Technische Elektrochemie und der Abteilung Elektrosynthese des Fraunhofer UMSICHT eigens einen Elektrolyseur mit einem edelmetallfreien Katalysator, der langlebig und energieeffizient für die Wasserstoffzufuhr sorgt.

Einen Teil des benötigten Erdgases ersetzen
So versorgt produzieren die Bakterien in einem Zusatzmodul, das im Prinzip an jeder beliebigen Kläranlage funktioniert, ein Molekül Methan pro Molekül Kohlendioxid. Dabei verstoffwechseln sie nebenbei auch noch verschiedene Inhaltstoffe des Abwassers und benötigen dabei keine weiteren Nährstoffe. „Viele Kläranlagen sind ans Erdgasnetz angeschlossen und könnten das so erzeugte Methan einfach in die Versorgung einspeisen“, erklärt Tito Gehring.
Er sieht in Grünem Methan aus Kläranlagen einen von mehreren Bausteinen der Energiewende: „Erste Abschätzungen haben ergeben, dass allein durch die CO2-Bindung aus den Abgasen der Schlammbehandlung in Kläranlagen etwa 20 Liter Methan pro Tag und pro Einwohner gewonnen werden könnten.“ Würde man das tun, würde man auch dafür sorgen, dass weniger Methan als schädliches Klimagas in die Atmosphäre gelangt. Denn die Methanfreisetzung bei der Förderung von Erdgas, Öl und Kohle ist eine sehr wichtige Emissionsquelle für dieses Treibhausgas.

Förderung
Die Arbeiten wurden gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Projektkennziffer: 445401355 – Etablierung einer nachhaltigen methanogenen Kohlendioxidreduktion in bioelektrochemischen Systemen und Identifizierung.
https://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2023-09-20-gruenes-methan-wie-klaeranlagen-zur-energiewende-beitragen-koennen

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Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft

Der Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft an der Technischen Universität München (TUM) beschäftigt sich in seiner Forschung mit der Entwicklung zukunftsfähiger Wasser- und Abwassersysteme, Regenwasserbehandlung, mikrobiologischer Systeme, naturnaher Aufbereitungsverfahren, der weitergehenden Wasserreinigung, Wasser Recycling sowie weiteren Schwerpunktthemen.
Innerhalb des übergeordneten Themenfeldes „Wasser- und Abwassersysteme“ forscht der Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft an der Technischen Universität München (TUM) in Garching mit derzeit acht Arbeitsgruppen an folgenden Schwerpunktthemen:
• Entwässerungssysteme (Niederschlagsbewirtschaftung)
• Energieeffiziente Abwasserbehandlung (Anaerobtechnik und Energierückgewinnung)
• Weitergehende Wasserbehandlung
• Membranfiltration
• Mikrobielle Systeme
• Spurenstoffe in der Umwelt
• Uran Water-Energy-Food (WEF) Nexus
• Wasser Recycling
Als Leiter des Lehrstuhls für Siedlungswasserwirtschaft (TUM) und Sprecher des TUM Wasser Clusters verfügt Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes über umfangreiche Managementerfahrung in der Koordinierung großer Verbundvorhaben auf nationaler wie auf internationaler Ebene. Herr Prof. Drewes war sechs Jahre der Vorsitzende der Water Reuse Specialist Group innerhalb der IWA (International Water Association), in der mehr als 3.600 Experten im Bereich Wasserwiederverwendung organisiert sind. Er war und ist darüber hinaus maßgeblich an der Entwicklung von Regelwerken im Bereich der Wasserwiederverwendung in den USA, Australien und der EU beteiligt. Des Weiteren erstellte die TUM bereits in einem Vorläuferprojekt federführend eine Machbarkeitsstudie für die Regierung von Unterfranken (RUF). In dieser konnte für ausgewählte Planungsräume in der Region Schweinfurt gezeigt werden, dass alternative Wasserressourcen wie eine gezielte Regenwassersammlung von Dachabläufen und Nutzwasser das heutige und zukünftige Bewässerungsdefizit in der urbanen und landwirtschaftlichen Bewässerung ausgleichen könnten (1).
Das gesamte Nutzwasser-Verbundvorhaben wird durch den Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft (TUM) koordiniert (Arbeitspaket 9). Zudem wird die TUM bei der Erarbeitung von Kriterien zur Beurteilung der Wasserqualität mit Fokus auf relevante Spurenstoffe sowie Oxidations- und Desinfektionsnebenprodukte maßgeblich mitwirken (Arbeitspaket 2). Die bedarfsgerechte Nutzwasserbehandlung und Bereitstellung und insbesondere die Etablierung und Validierung innovativer (Membran-)Hybridverfahren wird federführend von der TUM geplant und koordiniert (Arbeitspaket 5). Durch einen übergeordneter Stakeholderprozess werden alle relevanten Akteure und Interessensvertreter an dem Projekt beteiligt (Arbeitspaket 7).

Vertreten im Nutzwasserprojekt durch:
Javad Ahmadi, M.Sc.
Jonas Aniol, M.Sc.
Dr. Daphne Keilmann-Gondhalekar
Dr.-Ing. Uwe Hübner
Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
Christoph Schwaller, M.Sc.
https://www.nutzwasser.org/public/partner/tum.html

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Wasseraufbereitung in Zeiten des Klimawandels – mehr Physik beim Umweltschutz

Wie innovative Methoden helfen können, Frischwasser einzusparen
Frischwasser gehört zu den wertvollsten Ressourcen auf unserer Erde. Nur etwa drei Prozent des weltweit verfügbaren Wassers ist Süßwasser. Immer extremer werdende Wetterverhältnisse wie Hitze und Dürren zeigen, dass es ein kostbares Gut ist. Gleichzeitig steigt der Bedarf für Frischwasser seitens der Wirtschaft und der Industrie. Denn für die Herstellung von Lebensmitteln wird enorm viel Wasser benötigt, das dann als Ab- bzw. Prozesswasser aufwändig – meist chemisch und kostspielig – gereinigt werden muss.
Forscherinnen und Forscher im Projekt PHYSICS & ECOLOGY unter der Leitung von Dr. Marcel Schneider vom Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP) in Greifswald haben nun sehr gute Ergebnisse erzielt: Physikalische Methoden wie Plasma sind in Bezug auf die Dekontamination von Ab- bzw. Prozesswasser konkurrenzfähig zu etablierten Methoden wie Ozonung, UV-Behandlung oder Aktivkohle. Die Konkurrenzfähigkeit bezieht sich sowohl auf ihre Behandlungseffektivität gegenüber Keimen und Pestiziden, als auch auf ihre Kosteneffizienz. Dr. Marcel Schneider erklärt hierzu: „Die Ergebnisse bestärken uns in unserer Annahme, dass innovative physikalische Verfahren wie zum Beispiel Plasma zur Dekontamination von Wasser eine Alternative zu herkömmlichen Methoden sein können. Wir sind damit dem Ziel, Wasser von Agrarchemikalien zu reinigen, aufzubereiten und wieder zurückzuführen, einen großen Schritt nähergekommen.“
Im Rahmen des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Bündnisses PHYSICS FOR FOOD, das die Hochschule Neubrandenburg mit dem INP und Wirtschaftspartnern in insgesamt sieben Leitprojekten auf den Weg gebracht hat, wird an physikalischen Alternativen in der Land- und Ernährungswirtschaft geforscht. Das Ziel: In der Landwirtschaft und bei agrartechnischen Produktionsprozessen soll weniger Chemie gebraucht bzw. die Umwelt dadurch weniger belastet werden. Es geht um mehr Physik beim Klima- und Umweltschutz.
Seit Dezember 2021 ist das Projekt aus dem Labor in die Quasi-Wirklichkeit verlegt worden. Der Projektpartner Harbauer GmbH aus Berlin hat einen Demonstrator konstruiert, in dem sich 1:1 die Prozesse nachbilden lassen, die nötig sind, um durch verschiedene physikalische Verfahren aus Abwasser wieder Frischwasser zu machen.
Im Demonstrator wird mit acht Technologien gearbeitet. Dabei sind Spaltrohr, Kiesfilter, Ultrafiltration, UV-Behandlung, Ozon und Aktivkohlefilter die bereits für eine Wasseraufbereitung etablierten Technologien, während es den Einsatz von Plasma und zusätzlich Ultraschall – als insgesamt zwei vielversprechende Verfahren – noch weiter zu optimieren gilt. Mit diesen Methoden sollen neue Wege beschritten werden. Es gibt aktuell im Übrigen kaum Anlagen in der Größenordnung des Demonstrators, bei denen diese innovativen Technologien mit den etablierten Verfahren verglichen aber auch kombiniert werden können, und die bei einem hohen Durchsatz die Behandlung unter realistischen Bedingungen ermöglichen.
Seit kurzem steht dieser Demonstrator in Stralsund. Die Braumanufaktur Störtebeker GmbH hat hierfür einen Teil ihres Brauereigeländes und ihr Prozesswasser zur Verfügung gestellt. Dort sollen insgesamt ein Kubikmeter Wasser pro Stunde – also so viel wie fünf gefüllte Badewannen – durch den Demonstrator laufen, der in einem 20 Fuß-Schiffscontainer untergebracht ist. Thomas Ott, Betriebsleiter der Störtebeker Braumanufaktur, erklärt hierzu: „Unsere Brauerei zeichnet sich durch innovative Brauspezialitäten mit den besten Rohstoffen aus. Wasser spielt im gesamten Produktionsprozess eine herausragende Rolle. Wir sind sehr daran interessiert, unseren Beitrag für Nachhaltigkeit und Umweltschutz zu leisten und Frischwasser einzusparen, indem es insbesondere durch eine physikalische Aufbereitung wiederverwendet werden kann.“
Die Braumanufaktur in Stralsund ist dabei der zweite Standort des Demonstrators. Die ersten vielversprechenden Ergebnisse konnten auf dem Gelände der rübenverarbeitenden Fabrik in Anklam, der Cosun Beet Company GmbH & Co. KG (CBC Anklam), erzielt werden. Im Demonstrator ist das Prozesswasser behandelt worden, das nach dem Waschen der Zuckerrüben angefallen war. Miriam Woller-Pfeifer, Betriebsingenieurin bei der CBC Anklam, resümiert nach dem Einsatz des Demonstrators: „Unser Ziel ist eine komplette Kreislaufwirtschaft bei der Verarbeitung von Zuckerrüben. Wir wollen sämtliche Bestandteile optimal und nachhaltig nutzen. Die Wasseraufbereitung ist dabei ein zentraler Punkt in unserer Nachhaltigkeitsstrategie. Die erzielten Ergebnisse stimmen uns dahingehend sehr optimistisch.“

https://www.inp-greifswald.de/de/aktuelles/presse/pressemeldungen/2023/wasseraufbereitung-in-zeiten-des-klimawandels/

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Forschungsprojekt soll Vorhersagesystem für Pumpwerke im Hochwasserfall entwickeln

PuwaSTAR wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Ziel ist es, eine Echtzeitvorhersage inklusive Ausfallwahrscheinlichkeiten von Pumpen und möglichen Überflutungsflächen zu erarbeiten – auch auf Basis künstlicher Intelligenz

Emscher-Lippe-Region. Rund 40 Prozent der Emscher-Lippe-Region sind infolge des Steinkohlebergbaus abgesackt und müssen dauerhaft künstlich von Emschergenossenschaft und Lippeverband (EGLV) entwässert werden. Mehr als 500 Pumpwerke – Anlagen der kritischen Infrastruktur – betreiben EGLV, um diese sogenannten Polderflächen vor Überflutungen zu schützen. Was aber, wenn ein Pumpwerk während eines extremen Starkregenereignisses ausfällt? Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 500.000 Euro geförderte Projekt PuwaSTAR (Pumpwerkswarnung für Starkregen und Hochwasser im urbanen Raum) will nun ein Vorhersagesystem entwickeln, das in der Lage ist, binnen weniger Minuten Informationen über mögliche Überflutungsflächen bereitzustellen – um entsprechende Maßnahmen einleiten zu können. Erarbeitet wird das System zunächst am Beispiel des Pumpwerks Dorsten-Hammbach. Die Erkenntnisse sollen anschließend auf alle anderen Pumpwerksstandorte übertragbar sein.
Infolge des Steinkohlebergbaus sind in großen Teilen der Einzugsgebiete der Emschergenossenschaft und des Lippeverbandes weit gestreckte Bergsenkungsgebiete entstanden. Diese haben zur Bildung von abflusslosen Polderflächen geführt, in denen rund 330.000 Menschen leben. Die künstliche Entwässerung dieser Polder erfolgt durch verbandseigene Pumpwerke, die den Hochwasserschutz sichern. Fällt ein Pumpwerk aus verschiedenen Gründen ganz oder teilweise aus, gelangt das Wasser in das abflusslose Bergsenkungsgebiet und sorgt dort für Überflutungen.
Bereits vorliegende Hochwasser- und Starkregengefahrenkarten sowie Studien zum Ausfall von Pumpwerken geben zwar einen Überblick über die potenziell betroffenen Überflutungsgebiete und das Gefahren- und Risikopotenzial. Jedoch zeigen Ereignisse wie die Flutkatastrophe vom 14./15. Juli 2021 im Ahrtal erneut die Notwendigkeit für ein dynamisches System zur Einschätzung, Bewertung und Warnung bei drohender Systemüberlastung oder dem Ausfall von Pumpwerken. Damit können die zuständigen Träger öffentlicher Belange und die Bevölkerung gewarnt und Maßnahmen initiiert werden, welche die Schäden reduzieren und die Bürger*innen besser schützen. „Dabei ist eine möglichst zeitnahe Information zu Überflutungsflächen und Wasserständen für eine effiziente Einsatzplanung von wesentlicher Bedeutung und erlaubt so auch eine zielgerichtete Kommunikation mit den zuständigen Krisenstäben“, sagt Dr. Frank Obenaus, Technischer Vorstand bei EGLV.

Pumpwerk Dorsten-Hammbach dient als Pilotanlage
Vor diesem Hintergrund hat der Lippeverband das Projekt PuwaSTAR (Pumpwerkswarnung für Starkregen und Hochwasser im urbanen Raum) initiiert. Ebenfalls daran beteiligt sind das Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (FWU) der Universität Siegen und die Hydrotec Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbH. Ziel des zweijährigen Vorhabens ist die Entwicklung eines Vorhersagesystems für Pumpwerke, das in der Lage ist, innerhalb weniger Minuten Informationen über mögliche Überflutungsflächen bereitzustellen. Dabei soll eine Echtzeitvorhersage auf Basis künstlicher Intelligenz entwickelt werden, das im Ereignisfall zeitaufwändige Simulationen bezüglich der sich einstellenden Überflutungen ersetzt. Im Rahmen dieses Vorhabens soll das bei EGLV bereits vorhandene Hochwasservorhersagesystem auf Pumpwerke ausgeweitet werden und zusätzlichen Institutionen zur Verfügung gestellt werden. Neben der Regenvorhersage werden zusätzlich Ausfallwahrscheinlichkeiten der Pumpen abgeleitet und berücksichtigt.
Die Echtzeitvorhersage auf Basis künstlicher Intelligenz soll am Beispiel des Pumpwerks Dorsten-Hammbach im Einzugsgebiet des Lippeverbandes demonstriert werden. Laut einer für diese Anlage bereits vorliegenden Risikostudie würde sich bei einem Pumpwerksausfall der zu erwartende Schaden auf zirka 75 Millionen Euro summieren. Von einer Überflutung betroffen wären etwa 1.800 Personen, vier Schulen, drei Altenheime und mehrere städtische Verwaltungseinrichtungen. Eine frühzeitige Warnung würde eine Vorbereitung von Maßnahmen im Ereignisfall und eine verbesserte Vorsorge ermöglichen. In diesem Rahmen sind die Städte Dorsten und Bottrop inkl. Feuerwehr und Technischem Hilfswerk (THW) als Partner eingebunden, um gemeinsam die Möglichkeiten der verbesserten Vorhersagen für die praktische Katastrophenvorsorge abzuleiten und entsprechende Maßnahmenkonzepte zu erarbeiten.
Die Ergebnisse des Projekts PuwaSTAR sollen als Grundlage für eine Übertragung der Erkenntnisse auf die anderen Pumpwerksstandorte im Einzugsgebiet von EGLV dienen sowie einen Transfer der Methodik für weitere Betreiber von Pumpwerken – oder anderen steuernden Abflusselementen wie z.B. Hochwasserrückhaltebecken – ermöglichen.
Informationen zum Sicherheitsforschungsprogramm des BMBF gibt es auf www.sifo.de.

Emschergenossenschaft und Lippeverband
Emschergenossenschaft und Lippeverband sind öffentlich-rechtliche Wasserwirtschaftsunternehmen, die als Leitidee des eigenen Handelns das Genossenschaftsprinzip leben. Die Aufgaben der 1899 gegründeten Emschergenossenschaft sind unter anderem die Unterhaltung der Emscher, die Abwasserentsorgung und -reinigung sowie der Hochwasserschutz. Der 1926 gegründete Lippeverband bewirtschaftet das Flusseinzugsgebiet der Lippe im nördlichen Ruhrgebiet und baute unter anderem den Lippe-Zufluss Seseke naturnah um. Gemeinsam haben Emschergenossenschaft und Lippeverband rund 1.700 Beschäftigte und sind Deutschlands größter Abwasserentsorger sowie Betreiber von Kläranlagen und Pumpwerken (rund 782 Kilometer Wasserläufe, rund 1533 Kilometer Abwasserkanäle, 546 Pumpwerke und 69 Kläranlagen). www.eglv.de
https://www.eglv.de/medien/forschungsprojekt-soll-vorhersagesystem-fuer-pumpwerke-im-hochwasserfall-entwickeln

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Bei jedem Toilettengang spülen wir wertvolle Ressourcen hinunter – doch die Toilette der Zukunft trennt an der Quelle

Die Schweiz kauft den meisten Dünger aus dem Ausland ein. Dabei produzieren wir täglich wertvollen Dünger völlig kostenlos – und spülen ihn einfach die Toilette hinunter. Die Lösung dafür: Trenntoiletten. Mehr:
https://www.tagblatt.ch/leben/die-toilette-der-zukunft-ld.2539597?reduced=true

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Innovative Biokatalysatoren reduzieren Arzneimittelreste in Abwässern

In einem neuen interdisziplinären Projekt der BTU Cottbus-Senftenberg und der TU Dresden erforschen Wissenschaftler:innen, wie es gelingt, mit neuartigen Enzymen Mikroschadstoffe in kommunalen Abwässern zu beseitigen.
Arzneimittel wirken im Körper. Doch je nach Präparat werden bis zu 90 Prozent des enthaltenen Wirkstoffes unverändert wieder ausgeschieden und gelangen so ins Abwasser. Auch die unsachgemäße Entsorgung von Arzneimittelresten in Toiletten und Waschbecken führt zu Rückständen, die Kläranlagen nur zum Teil abfangen können. Die verbliebenen Wirkstoffe werden mit dem gereinigten Wasser in Gewässer geleitet. Dort sind Rückstände daher ebenso nachzuweisen wie in deutlich geringeren Mengen im Trinkwasser.
Eine neue Filtertechnologie auf der Basis Enzym-funktionalisierter Biopolymermodule könnte hier Abhilfe schaffen. Forschende der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) und der Technischen Universität Dresden entwickeln, erproben und bewerten im Projekt „Eliminierung von Mikroschadstoffen aus kommunalen Abwässern mit Hilfe immobilisierter Enzyme ELIMIK“ wie auf Trägermaterialien gebundene Enzyme in einem innovativen Prozess Mikroschadstoffe abbauen können. Eingesetzt in einer angepassten Filterkartusche im Klärwerk könnten diese Enzyme Arzneimittelrückstände dauerhaft beseitigen. Die Vorteile der Technologie: Es entstehen keine toxischen Nebenprodukte und die Kosten sind vergleichsweise gering. Zudem lassen sich die Ergebnisse der Forschung auf weitere Einsatzgebiete wie landwirtschaftliche Herbizid-Spritzrückstände, Desinfektionsmittel oder Enteisungsmittel übertragen. Ein erster Prototyp wird voraussichtlich im Jahr 2026 entstehen.
Judith Pirscher, Staatssekretärin im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sagt dazu: „Sauberes Wasser ist essenziell für unsere Gesundheit und für die Gesundheit von Ökosystemen. Man vergisst leicht, dass sauberes Wasser keine Selbstverständlichkeit ist. Gerade in ehemaligen Kohleregionen wie der Lausitz ist deshalb der Schutz unserer Wasserressourcen vor Verunreinigungen eine zentrale Aufgabe nachhaltiger Wirtschaft und Entwicklung. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert bereits seit mehreren Jahren erfolgreich Vorhaben zur Beseitigung von Mikroschadstoffen und Krankheitserregern aus dem Wasser. Mit ELIMIK soll nun die industrielle Nutzbarmachung von Enzymen für die Entfernung von Arzneimittelrückständen in Kläranlagen untersucht werden. Das schützt die Ressource Wasser und treibt zugleich die nachhaltige Entwicklung der Lausitz voran.“
Dr. Manja Schüle, Ministerin für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) im Land Brandenburg erklärt: „Sauberes Trinkwasser – nie war es so wertvoll wie heute! Doch wie können Medikamentenreste und andere Mikroschadstoffe aus kommunalen Abwässern ‚gefischt‘ werden? An einer wegweisenden Antwort forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von der BTU Cottbus-Senftenberg und TU Dresden gemeinsam im interdisziplinären Projekt ELIMIK. Ich bin schon sehr gespannt auf die neue Technologie, die mithilfe von Enzymen unser Trinkwasser filtert. In der Lausitz wird einmal mehr an der und für die Zukunft geforscht!“
Das interdisziplinäre Forschungsteam der BTU Cottbus-Senftenberg und der TU Dresden besitzt exzellente Kompetenzen auf den Gebieten abbauaktiver Enzyme sowie poröser Kohlenstoff- und Trägermaterialien. Unterstützt werden die Wissenschaftler:innen durch die Stadtentwässerung Dresden GmbH und den Wasserverband Lausitz.
Das Projekt wird am Institut für Biotechnologie im Fachgebiet Enzymtechnologie und am Institut für Materialchemie Fachgebiet Technische Chemie der BTU Cottbus-Senftenberg durchgeführt und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Gefördert wird es vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Strukturstärkungsgesetzes Kohle mit insgesamt knapp einer Million Euro.
https://tu-dresden.de/tu-dresden/newsportal/news/innovative-biokatalysatoren-reduzieren-arzneimittelreste-in-abwaessern

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Chancen und Risiken der Digitalisierung kritischer kommunaler Infrastrukturen an den Beispielen der Wasser- und Abfallwirtschaft. Endbericht zum TA-Projekt

Abstract:
Im Mittelpunkt des TAB-Arbeitsberichts Nr. 205 steht der Einsatz digitaler Lösungen für zentrale Aufgaben der kommunalen Abfall- und Wasserwirtschaft. Der Bericht informiert für beide Bereiche über den aktuellen Stand der Technik und die Perspektiven der Digitalisierung. Für die Wasserwirtschaft wird der mögliche Nutzen digitaler Lösungen zur Bewältigung von Ausnahmesituationen untersucht. Darüber hinaus werden die Anfälligkeiten der Versorgungsinfrastrukturen der Wasserwirtschaft gegenüber Cyberangriffen und anderen IT-bedingten Störungen diskutiert sowie der aktuelle Stand der Informationssicherheit und der diesbezügliche Handlungsbedarf identifiziert. … mehr:
https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000163177
Riousset, Pauline 1; Steiger, Saskia 1; Caviezel, Claudio 1
1 Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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Umweltgiften auf der Spur

Nachweis von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) durch unterbrochene Energieübertragung
PFAS, eine Gruppe stark fluorierter Substanzen, stellen eine Gefahr für Mensch und Umwelt dar. So scheinen besonders problematische Vertreter, wie Perfluoroktansulfonsäure (PFOS) und Perfluoroktansäure (PFOA), Organschäden und Krebs zu verursachen und das Hormonsystem durcheinander zu bringen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Forscher jetzt einen neuen Ansatz für einen kostengünstigen, einfach zu handhabenden Fluoreszenz-Sensor für eine empfindliche Vor-Ort-Analytik von PFAS in Wasserproben vor.
Die Bezeichnung Per- und Polyfluoralkyl-Substanzen (PFAS) fasst eine Gruppe organischer Verbindungen zusammen, deren am Kohlenstoff gebundene Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind. Eingesetzt werden sie u.a. für die Herstellung wasser-, fett- und schmutzabweisender Ausrüstungen vielfältiger Produkte, wie beschichteter Pfannen, Outdoortextilien und Verpackungen. Zudem können sie z.B. in Feuerlöschschäumen, Farben und Autopolituren enthalten sein. So nützlich diese Verbindungen sind, so schädlich sind sie, wenn sie in die Umwelt gelangen: Sie lassen sich nicht abbauen und reichern sich in Pflanzen, Tieren und Menschen an.

Für Trinkwasser wurden in der EU Grenzwerte von 100 ng/l für die Summe bestimmter PFAS-Einzelsubstanzen bzw. 500 ng/l für die Gesamtheit aller PFAS beschlossen. In Deutschland müssen Wasserversorger das Trinkwasser ab 2026 auf PFAS untersuchen lassen. Die Grenzwerte der US Environmental Protection Agency sind strenger: Für die verbreitetsten PFAS, PFOS und PFOA gelten jeweils 4 ng/l als Höchstgrenze.

Der übliche Nachweis solcher Spurenmengen durch Chromatographie/Massenspektrometrie ist zeitaufwendig, teuer und benötigt komplexe Geräte sowie erfahrenes Personal. Timothy M. Swager und Alberto Concellón vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA, stellen jetzt einen Ansatz für tragbaren, kostengünstigen Test vor, mit dem die selektive Detektion von PFAS in Wasserproben einfach anhand von Fluoreszenzmessungen möglich ist.

Der Test basiert auf einem Polymer in Form dünner Filme oder Nanopartikel mit fluorierten Seitengruppen, in das fluorierte Farbstoffmoleküle (Squarain-Derivate) eingebettet sind. Das spezielle Polymer-Rückgrat (Poly-Phenylen-Ethinylen) absorbiert violettes Licht und überträgt die Lichtenergie über einen Elektronenaustausch auf den Farbstoff (Dexter-Mechanismus), der daraufhin rötlich fluoresziert. Sind PFAS in einer Probe, dringen diese in das Polymer ein und verschieben die Farbstoffmoleküle um den Bruchteil eines Nanometers. Das genügt, um den Elektronenaustausch und damit den Energietransfer zu stoppen. Die rote Fluoreszenz des Farbstoffs wird „abgeschaltet“, dafür wird eine blaue Fluoreszenz des Polymers „angeschaltet“. Die Stärke dieser Änderung ist der Konzentration des PFAS proportional.

Der neue Ansatz, dessen Nachweisgrenze für PFOA und PFOS im µg/l-Bereich liegt, eignet sich für die Vor-Ort-Detektion in stark kontaminierten Regionen. Spuren-Verunreinigungen von Trinkwasserproben können nach einer Vorkonzentrierung durch Festphasenextraktion ausreichend genau erfasst werden.

Angewandte Chemie: Presseinfo 45/2023

Autor/-in: Timothy M. Swager, Massachusetts Institute of Technology, Cambrige (USA), https://swagergroup.mit.edu/

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.
Die „Angewandte Chemie“ ist eine Publikation der GDCh.

Originalpublikation:
https://doi.org/10.1002/ange.202309928
https://idw-online.de/de/news823051

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Die „Leber des Flusses“ hilft beim Rückhalt organischer Spurenstoffe

In der hyporheischen Zone von Flusssedimenten können organische Spurenstoffe zurückgehalten und dann abgebaut werden. Die Forschungsgruppe von Jörg Lewandowski hat nun eine Methode entwickelt, mit der die Rückhalteleistung entlang eines vorgegebenen Fließpfades im Feld untersucht werden kann. Außerdem haben die Forschenden den Rückhalt von 18 relevanten organischen Spurenstoffen analysiert. Sie zeigen: Die hohe Stoffwechselleistung findet auf kleinstem Raum statt. Mehr:
https://www.igb-berlin.de/news/die-leber-des-flusses-hilft-beim-rueckhalt-organischer-spurenstoffe

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Mikroplastik-Emissionen aus Kläranlagen

Welche Rolle spielt die Abwasserbehandlung?
Kunststoffe sind in der heutigen Lebenswelt allgegenwärtig und reichern sich durch ihre Langlebigkeit auch in Gewässern an. Das vorliegende Papier untersucht, welche Rolle die Abwasserbehandlung bei diesen Einträgen spielt.
Aktuell gelten Kläranlagenabläufe als einer der Eintragspfade von Mikroplastik in die Umwelt. Der Artikel stellt heraus, dass in Kläranlagen die Mikroplastikpartikel im Abwasser mit Rückhalteraten von über 99% weitgehend zurückgehalten werden können. Kläranlagen stellen somit eine untergeordnete Rolle beim Eintrag von Mikroplastik in die aquatische Umwelt dar.
Die Autor*innen aus dem Projekt REPLAWA zeigen neben diesen Erkenntnissen die Schwierigkeit auf, vorhandene Publikationen zu Mikroplastikkonzentrationen in Abwasserströmen und Gewässern miteinander zu verlgiechen. Methodische Differenzen durch fehlende Standardisierung der Probenahme, Probenaufbereitung und Analyse erschweren diesen Prozess.
Dem weiterhin bestehenden vielfältigen Forschungsbedarf zum Verständnis von Mikroplastik in der Siedlungswasserwirtschaft begegnet das Projekt mit Handlungsempfehlungen, die Ende 2021 publiziert werden.
Der vorliegende Artikel wurde im Journal „Kommunale Abwasserbehandlung“ publiziert und steht hier zum Download bereit.
https://bmbf-plastik.de/de/publikation/mikroplastik-emissionen-aus-klaeranlagen

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Neue BfG-Studie rückt die Funktion der Flusssedimente als Senke für Mikroplastik in ein neues Licht

Nach aktuellem Stand der Wissenschaft ist die Konzentration von Mikroplastik in Flusssedimenten deutlich höher als im Wasser. Forschende der BfG haben jetzt Daten zur Verteilung von Mikroplastik in Flüssen neu bewertet. Die Ergebnisse widerlegen diese Annahme und relativieren damit die Funktion der Flusssedimente als Mikroplastik-Senke. Die BfG-Wissenschaftler/-innen veröffentlichten die Studie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Water Research“.
Der geringere Unterschied der Konzentrationen in der Wassersäule und in den Sedimenten am Flussbett liege an den unterschiedlichen Bezugseinheiten, die bis jetzt für die Konzentration von Mikroplastik im Wasser und in den Flusssedimenten herangezogen wurden, so die BfG-Forschenden. Für die aktuelle Studie haben die Forschenden Daten aus 92 wissenschaftlichen Publikationen ausgewertet.

„Die Mehrheit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gibt hier die Anzahl der Mikroplastikpartikel in der Wassersäule pro Volumen Wasser an. Bei Sedimenten wird die Anzahl der Mikroplastikpartikel auf die Masse der Sedimente bezogen“, erklärt David Range, Hauptautor der Studie „Hydrogeomorphic perspectives on microplastic distribution in freshwater river systems: A critical review“. Mithilfe von Daten des Schwebstoffmessnetzes der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes konnten die Wissenschaftler/-innen die Anzahl der Mikroplastikpartikel im Wasser auf die Masse der Schwebstoffe beziehen und somit in dieselbe Masseneinheit wie bei Sedimenten umrechnen. „Unsere neuen Berechnungen zeigen, dass bei gleicher Einheit, also Anzahl der Teilchen pro Masse Sediment / Schwebstoff, die Zahl der Mikroplastikteilchen in den Flusssedimenten nicht mehr signifikant größer sind als die im Wasser, wie bisher angenommen“, so der Geograph. Die Ergebnisse setzen frühere Erkenntnisse – auch der BfG – dass Flusssedimente eine entscheidende Senke für Mikroplastik sind, somit in ein neues Licht. Natürlich gäbe es punktuelle „Hot-spots“ in den Sedimenten im Flussbett, aber es finde hier keine generelle Anreicherung von Mikroplastik im Vergleich zur Wassersäule statt, so Range. Die Funktion des Flussbettes als Mikroplastik-Senke sei daher deutlich reduziert.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Studie ist, dass räumliche und zeitliche Veränderungen des Mikroplastiktransports, wie z. B. Konzentrationsverteilungen in verschiedenen Wassertiefen, in den analysierten Studien meist eine untergeordnete Rolle spielen. „Da Mikroplastik in Flüssen den gleichen hydraulischen Bedingungen ausgesetzt ist wie auch andere Schwebstoffe, wurde in der BfG-Studie das Thema Mikroplastik in Flüssen mit einem hydrologischen und geomorphologischen Blickwinkel beleuchtet“, beschreibt David Range den Forschungsansatz. Somit konnten aus dem seit vielen Jahren etablierten Forschungsfeld der Schwebstoffe Rückschlüsse auf das vergleichsweise junge Forschungsfeld des Mikroplastiktransports gezogen werden. Ein Beispiel: Wissenschaftlicher Konsens ist, dass Schwebstoffkonzentrationen in den meisten Flüssen mit dem Abfluss steigen, da bei erhöhtem (Oberflächen-)Abfluss auch mehr Schwebstoffe eingetragen und transportiert werden. Dieses Verhältnis sei, laut David Range, auch auf die Mikroplastikkonzentration in Flüssen übertragbar. Zudem werde in zahlreichen Studien angenommen, dass Mikroplastik nur im oberen Bereich der Wassersäule, also in der Nähe der Oberfläche, transportiert werde. „Durch Turbulenzen und Dichteunterschiede muss man sich aber die gesamte Wassersäule anschauen“, so Range.

In den letzten Jahren ist eine Vielzahl an Studien zum Thema Mikroplastik in Flüssen erschienen. Hauptkritikpunkt der BfG-Forscherinnen und -Forscher: Häufig werde hierbei nur ein grober Eindruck in die Belastung mit den Plastikpartikel ermöglicht, da es weder standardisierte Probenahmetechniken noch standardisierte Analyse- und Berechnungsmethoden gäbe und, verglichen mit der Erfassung von Schwebstoffkonzentrationen, der Arbeitsaufwand ungleich höher sei. Einen wissenschaftlichen Konsens bei der Methodik und Bilanzierung von Mikroplastik in Flüssen gibt es bis heute nicht. Die Betrachtung der Quellen- und Senkenbeziehung und möglicher Transportpfade des Mikroplastiks in der Umwelt ist daher nur unzureichend möglich. Die aktuelle Studie der BfG beschreibt und prüft daher Ansätze, um einheitliche Standards zu entwickeln.
Martin Labadz Referat C – Controlling, Öffentlichkeitsarbeit
Bundesanstalt für Gewässerkunde

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
David Range (range@bafg.de)
Dr. Thomas Hoffmann (thomas.hoffmann@bafg.de)
https://idw-online.de/de/news823715

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Pilotprojekt: Im Ecovillage soll Dünger aus menschlichem Urin produziert werden – Ökowohnprojekt in Hannover

Menschliche Fäkalien als Dünger für die Landwirtschaft oder die Blumen im Garten? In einem EU-Pilotprojekt in Hannover wird das ausprobiert: Im Wohnungsbauprojekt Ecovillage soll Urin zu Dünger aufbereitet werden. Warum das sinnvoll ist – und wieso es trotzdem noch hakt.Mehr.
https://www.dnn.de/wissen/eu-pilotprojekt-p2green-in-hannover-duenger-aus-menschlichem-urin-R3HQKJBRNNHLHMLEKQWPKZ5LRA.html

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Studie: Tiefgaragen erwärmen das Grundwasser

Automotoren heizen durch ihre Abwärme Tiefgaragen derart auf, dass die Wärme über den Boden ins Grundwasser gelangt. Dabei geht allein in Berlin so viel Energie ins Grundwasser über, dass damit 14.660 Haushalte mit Wärme versorgt werden könnten. Das hat ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), des Karlsruher Instituts für Technologie und der Universität Basel herausgefunden. Den Forschenden zufolge könnte diese Erwärmung auf Dauer die Qualität des Grundwassers beeinträchtigen. In ihrer Studie im Fachjournal „Science of The Total Environment“ schlagen sie auch eine Lösung vor: Mit Geothermie und Wärmepumpen könnte die Wärme dem Boden entzogen und sogar genutzt werden.
Die Forschenden untersuchten die Temperatur in 31 Tiefgaragen in verschiedenen Städten in Deutschland, Österreich und der Schweiz. In sechs von ihnen konnten sie zudem die Temperatur des Grundwassers in der direkten Umgebung messen. So ließ sich für alle Standorte ein Wärmeprofil erstellen. Die Untersuchungen ergaben, dass Tiefgaragen über das gesamte Jahr betrachtet das Grundwasser erwärmen. Den größten Einfluss hatten dabei das Verkehrsaufkommen in den Tiefgaragen, ihre Nähe zum Grundwasser und die vorherige Grundwassertemperatur. „Da öffentliche Tiefgaragen häufig tiefer sind und mit kürzeren Standzeiten genutzt werden, erwärmen sie das Grundwasser stärker als private Anlagen“, sagt der Geowissenschaftler Maximilian Noethen von der MLU.

Die überschüssige Wärme im Boden könnte dem Team zufolge mithilfe von Geothermie und Wärmepumpen genutzt werden. „Der Vorteil davon wäre, dass dem Grundwasser Energie entzogen wird und es so abkühlt.“, sagt Noethen. Anhand von Modellierungen für 5.040 Tiefgaragen in Berlin berechnete das Team die Grundwassererwärmung durch Tiefgaragen für die Stadt. Da in den zentralen Bezirken der Hauptstadt viele Tiefgaragen im oder nahe am Grundwasser liegen, wird dort besonders viel Wärme an das Grundwasser abgegeben. Rund 0,65 Petajoule Energie kommen den Berechnungen zufolge jährlich in Berlin zusammen. Damit könnten theoretisch etwa 14.660 Haushalte mit Wärme versorgt werden. „Natürlich reicht allein die Wärme aus dem Grundwasser nicht aus, um den Wärmebedarf einer Stadt wie Berlin oder gar eines Landes wie Deutschland zu decken. Auch ist das Temperaturniveau des oberflächennahen Grundwassers nicht hinreichend, um ohne Wärmepumpe zu heizen. Aus früheren Arbeiten wissen wir jedoch, dass das Potenzial für Geothermie deutlich darüber hinaus geht und sie einen wesentlichen Anteil an einer nachhaltigen Wärmeversorgung haben könnte“, sagt Prof. Dr. Peter Bayer vom Institut für Geowissenschaften und Geographie der MLU.

Die Grundwassertemperatur steigt seit Jahrzehnten infolge der globalen Erwärmung an. In Städten wird dies durch dichte Bebauung, Versiegelung, fehlende Vegetation sowie direkte Wärmeeinstrahlung aus Tunneln und Tiefgaragen verstärkt. Da die Organismen im Grundwasser an konstante Temperaturen angepasst sind, könnte sich so auch die Artenzusammensetzung verändern. „Dadurch könnte sich auch die Qualität des Grundwassers verändern, aus dem wir große Teile unseres Trinkwassers beziehen. Diese Entwicklung gilt es durch vielfältige Maßnahmen zu kontrollieren“, so Bayer abschließend.

Die Studie wurde gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) und das Margarete von Wrangell-Programm des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg.

Originalpublikation:
Studie: Noethen M. et al. Thermal impact of underground car parks on urban groundwater. Science of The Total Environment (2023).
doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.166572
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723051975
https://idw-online.de/de/news823225

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Lässt sich die konsequente Nutzung von Wasserfiltern fördern?

Während langanhaltenden Dürren ist die Trinkwasserversorgung der betroffenen Bevölkerung kritisch. Wasserfilter sind in solchen Notsituationen von enormer Wichtigkeit, um Krankheiten vorzubeugen. Es mangelt allerdings häufig nicht an der Distribution der Filter, sondern daran, dass sie im Alltag nicht konsequent angewendet werden. Woran das liegt, haben Forschende des Wasserforschungsinstituts Eawag in Nord-Kenia analysiert.
Rund zwei Milliarden Menschen trinken Wasser aus Quellen, die mit Fäkalien verschmutzt sind. Wasserfilter können in den betroffenen Gebieten helfen, die Trinkwasserqualität zu verbessern, indem sie erfolgreich unter anderem Bakterien, Viren und Einzeller entfernen, die Durchfall verursachen. So lassen sich nicht nur diese Durchfallerkrankungen vermeiden, auch die Kindersterblichkeit kann deutlich reduziert werden. Damit die Menschen jedoch vor den Gefahren von kontaminiertem Wasser geschützt sind, müssen sie die Filtergeräte auch konsequent verwenden. Das ist nicht immer der Fall.
Frühere Studien haben herausgefunden, dass unterschiedliche Faktoren die Nutzung solcher Filter beeinflussen: Technisches Wissen sowie psychologische und soziale Faktoren innerhalb der Haushalte spielen eine wichtige Rolle. Besonders in Notsituationen, wie beispielsweise einer anhaltenden Dürre, sind die betroffenen Menschen mit dringlicheren Themen beschäftigt als dem Filtern ihres Trinkwassers – doch gerade dann wäre es besonders wichtig.

Was hindert die Menschen daran, Filter zu nutzen?
In Zusammenarbeit mit einer Hilfsorganisation hat ein Team von Eawag-Forschenden rund um George Wainaina analysiert, aus welchen Gründen Wasserfilter genutzt oder eben nicht genutzt werden. In der Region Marsabit in Nord-Kenia herrschte zum Zeitpunkt der Studie im Jahr 2018 eine anhaltende Dürre. Diese führte nicht nur zu einer erhöhten Sterblichkeit, sondern auch zu regelmässigen Konflikten um Ressourcen sowie Unsicherheiten sowie hohen Preisen bei Nahrungsmitteln. Über die Hälfte der Wasserressourcen in Marsabit waren zudem mit Fäkalien verseucht.
Die Forschenden stellten insgesamt 107 Haushalten vier unterschiedliche Filtergeräte zur Verfügung. Zwei davon mit nur einem Behälter für das gereinigte Trinkwasser und zwei mit je einem zweiten Behälter für das ungereinigte Wasser. Nach einigen Monaten befragten die Forschenden die Haushalte zu ihren Erfahrungen und zum Nutzerverhalten. «Spannend war für uns, dass es für die unterschiedlichen Filter unterschiedliche Gründe gab, warum sie nicht verwendet wurden», so Wainaina. Vor allem die Verfügbarkeit von Ersatzteilen war bei den Filtergeräten mit nur einem Behälter die grösste Hürde für deren regelmässige Nutzung. Bei den Filtern mit zwei Behältern spielte unter anderem die Grösse eine tragende Rolle und, ob und wie er in den Wohnraum passt.

Das Umfeld trägt massgeblich bei
Bei beiden Filterarten war es jedoch sehr wichtig, wie das Umfeld (Familie, Nachbarn) den jeweiligen Filter beurteilte. Sobald Personen aus dem engeren Kreis es als unnötig oder sogar inakzeptabel betrachteten, das Wasser filtern zu müssen, kamen die Filter seltener zum Einsatz. Die Filtersysteme wurden jedoch konsequent verwendet, wenn die Haushalte mit der Art des Filters bereits vertraut waren.
Die Resultate bieten wichtige Hinweise darauf, wie zukünftig Hürden in der Nutzung vermieden werden können. Wenn alle nötigen technischen, sozialen und psychologischen Aspekte berücksichtigt werden, ermöglicht dies längerfristig eine sichere Trinkwasserversorgung in den betroffenen Regionen. Wichtig wäre es, die Menschen nicht nur optimal zu schulen, sondern auch dafür zu sorgen, dass Ersatzteile kostengünstig und leicht zu besorgen sind. Da wäre die Industrie gefragt.
Es wäre gemäss Wainaina spannend, in einer Folgestudie zu analysieren, ob die Filter häufiger eingesetzt werden, wenn das Filtersystem bereits bekannt ist – im Gegensatz zu einer komplett neuen Technologie. «Ausserdem würde ich gerne die Haushalte erneut besuchen, um zu sehen, ob sich die Filter mittlerweile etabliert haben».
https://www.eawag.ch/de/info/portal/aktuelles/news/laesst-sich-die-konsequente-nutzung-von-wasserfiltern-foerdern/

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Wasserstoff aus methanolhaltigem Abwasser produzieren

Ob zur Stabilisierung der Stromnetze, als Energieträger, Rohstoff für die Industrie oder Kraftstoff für den Transportsektor – Wasserstoff gilt als Schlüsseltechnologie der Energiewende. Doch wo kommen die großen Wassermengen her, die für die Produktion regional benötigt werden? Durch die kritische Wassersituation in vielen Regionen birgt das Thema jetzt und in Zukunft großes Konfliktpotenzial. Eine alternative Wasserquelle könnte die Methanolproduktion bieten – mit gleich mehreren Vorteilen.

Entstehungspfad und Wasserversorgung für grünen Wasserstoff
Die grüne Wasserstoffwirtschaft, also Herstellung, Transport und Nutzung von nachhaltig erzeugtem Wasserstoff, ist ein Element der Energiewende – eine entsprechende Infrastruktur vorausgesetzt. Die Fortschreibung der nationalen Wasserstoffstrategie sieht bis 2030 den Aufbau von 10 GW Elektrolysekapazität vor. Die Fernnetzbetreiber planen die Fertigstellung eines über 11 000 km umfassenden Wasserstoff-Kernnetzes bis 2032, das die großen Wasserstoff-Einspeiser mit allen großen Verbrauchern verbindet[1]. Vielen Regionen bereiten die Pläne jedoch Ungewissheit und Sorge: Für die Herstellung von Wasserstoff werden erhebliche Mengen an Wasser benötigt. In Zeiten des Klimawandels, mit immer längeren Trockenphasen, wird die Wasserversorgung so zum Konfliktthema. Genau da setzen Forschende des Fraunhofer UMSICHT mit dem Projekt »WHy« (Wastewater to Hydrogen – Methanol) an. Sie untersuchen die nachhaltige Bereitstellung von Wasser für die Wasserstoffherstellung.

Keine Konkurrenz zur Trinkwassergewinnung und Bewässerung
Im Verbundprojekt Carbon2Chem® entwickelt das Fraunhofer UMSICHT gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft ein Verfahren zur Umsetzung von Hüttengasen aus der Stahlproduktion zu Basischemikalien. Eine dieser Chemikalien ist Methanol, das unter Verwendung von CO2 aus Hüttengas und Wasserstoff synthetisiert wird. Dessen weltweit produzierte Menge lag 2018 bei 110 Mio. Tonnen[2]. Bei der Aufbereitung des durch die Synthese gewonnenen Methanols zu einem hochwertigen Produkt bleibt Abwasser mit Methanolresten im Sumpf der Destillation zurück. Dieses Abwasser steht im Fokus der Fraunhofer-Forschenden. Es eignet sich für die Elektrolyse zur Wasserstoffgewinnung und steht dabei nicht in Konkurrenz mit Trinkwassergewinnung und Bewässerung. »Zudem kann der gewonnene Wasserstoff für die Methanolproduktion wiederverwendet werden. Wir schließen auf diese Weise den Kreis«, erklärt Dr.-Ing. Ilka Gehrke, Leiterin der Abteilung Umwelt und Ressourcennutzung am Fraunhofer UMSICHT.

Laborversuche erfolgreich
Anders als bei der klassischen Wasserelektrolyse wird Wasser bei der sogenannten Methanol-assistierten-Wasserelektrolyse (MAWE) nicht allein zu H2 und O2 gespalten, sondern Wasser und Methanol reagieren zu CO2 und H2. Die theoretische Gesamtzellspannung ist dabei deutlich geringer. Ilka Gehrke: »Das heißt, die MAWE verbraucht potenziell weniger Energie als eine klassische Wasserelektrolyse. Sie ist damit wirtschaftlicher.« Die ersten Versuchsreihen im Labormaßstab sind bereits erfolgreich verlaufen. Als nächstes steht die weitere Optimierung der Methanol-assistierten-Wasserelektrolyse und die praktische Umsetzung an.
[1] https://www.bmbf.de/bmbf/de/forschung/energiewende-und-nachhaltiges-wirtschaften/nationale-wasserstoffstrategie/nationale-wasserstoffstrategie_node.html
[2] Araya, S. S., Liso, V., Cui, X., Li, N., Zhu, J., & Lennart, S. (2020). A Review of The Methanol Economy: The Fuel Cell Route. Energies, 13(3), 596.
https://www.umsicht.fraunhofer.de/de/presse-medien/pressemitteilungen/2023/why.html

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