Studierende der Universität Bielefeld nehmen am MIT-Wettbewerb teil

Ein biologischer Filter, der Östrogene aus Abwasser und Trinkwasser entfernt: Das Ziel der 15 Bielefelder Studierenden, die mit diesem Projekt am „international Genetically Engineered Machine competition“ (iGEM) des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston, USA, teilnehmen, ist hoch gesteckt. Für den rapide wachsenden internationalen Wettbewerb in synthetischer Biologie werben sie mehrere 10.000 Euro von international tätigen Unternehmen und Verbänden der Biotechnologie und Chemiebranche ein, um die Kosten des Wettbewerbs zu decken. Seit Mai verbringen sie ihre Freizeit damit, im Labor neue DNA-Bausteine herzustellen, sie zu vervielfältigen und Enzyme zu produzieren. Jetzt geben erste Ergebnisse Anlass zu Optimismus.

Die Antibabypille ist die am weitesten verbreitete Verhütungsmethode in Deutschland. Ein Großteil der modifizierten Östrogene wird jedoch über den Urin wieder ausgeschieden. Herkömmliche Methoden in Kläranlagen können die damit belasteten Abwässer nur unzureichend reinigen, denn das vorwiegend eingesetzte Östrogen Ethinylestradiol lässt sich nur schwer abbauen. So gelangt das Hormon in Flüsse und Seen und reichert sich auch im Trinkwasser an. Die Folgen für Fische und andere Wasserbewohner sind gravierend. Sie reichen von Fortpflanzungs- und schweren Entwicklungsstörungen bis hin zur Ausbildung weiblicher Geschlechtsmerkmale bei männlichen Individuen. Die Langzeitfolgen der steigenden Östrogenbelastung für den Menschen sind noch weitgehend unbekannt. Jedoch könnten sinkende Spermienzahlen und damit zunehmende Unfruchtbarkeit von Männern in Industrieländern mit dieser hormonellen Belastung zusammenhängen. Und auch Hoden- und Prostatakrebs sowie Osteoporose (Abnahme der Knochendichte) können Folgen zu hoher Östrogenkonzentrationen im menschlichen Körper sein.

Bio-Filter aus Baumpilzen
Das Ziel des Bielefelder iGEM-Teams ist die Entwicklung eines biologischen Filters, in welchem bestimmte Enzyme (sogenannte Laccasen) das Östrogen abbauen. Sie sind in vielen Organismen zu finden und können unter anderem aromatische Verbindungen abbauen, zu denen auch die Östrogene zählen. Besonders effiziente Laccasen für den Abbau sind aus Schmetterlingstrameten bekannt, einer Pilzart, die gerne an Bäumen wächst. Die Bielefelder Studierenden wollen diese Enzyme mit Hilfe von Methoden der synthetischen Biologie preiswert und sicher produzieren. Das Konzept soll außerdem auf andere, zum Teil giftige und krebserregende Schadstoffe im Trink- und Abwasser erweiterbar sein. Einen ersten Erfolg können die Studierenden bereits vermelden: Sie haben die Gene mehrerer Laccasen aus verschiedenen Bakterien isoliert und in einen Standard gebracht, mit dem sie nun weiterarbeiten. Bis zum europäischen Vorentscheid im Oktober wollen sie nachweisen, wie die Enzyme unterschiedliche Substrate wie Östrogene, Pestizide und Pharmaka abbauen und sie auf Filtermaterialien aufbringen.

Forschen in der Freizeit
Das Bielefelder Team besteht aus 15 Studentinnen und Studenten aus den Studiengängen Genom-basierte Systembiologie, Molekulare Zellbiologie und Molekulare Biotechnologie. Für die Teilnahme an dem internationalen Wettbewerb opfern die Bielefelder Studierenden viele Stunden ihrer Freizeit, denn die Forschung findet neben ihrem regulären Studium statt. Moritz Müller, Masterstudent der Molekularen Biotechnologie, erklärt, wieso er trotzdem mitmacht: „Die Teilnahme am Wettbewerb ist eine Chance, sich schon während des Studiums frei im Labor zu entfalten, eigene Ideen zu verfolgen und sogar ein eigenes Projekt durchzuführen. Später im Berufsleben steht man vor ähnlichen Herausforderungen.“ Die Studierenden erhalten Unterstützung von Professor Dr. Alfred Pühler, Professor Dr. Erwin Flaschel, Dr. Jörn Kalinowski sowie Dr. Christian Rückert vom CeBiTec (Center for Biotechnology) der Universität Bielefeld.

Internationale Konkurrenz
Der iGEM-Wettbewerb wird seit 2003 jährlich vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston veranstaltet. Angefangen als Kursangebot des MIT steigen die Teilnehmerzahlen seitdem rapide an, von fünf Teams 2004 auf über 190 in diesem Jahr. Alle Teams stehen vor der gleichen Aufgabe: von der Idee über die Laborarbeit bis zur Finanzierung und Kommunikation mit der Öffentlichkeit. Dr. Jörn Kalinowski betont: „Auf studentischer Ebene ist iGEM die Weltmeisterschaft der synthetischen Biologie – und zeigt, was in naher Zukunft auf diesem noch jungen Forschungsfeld möglich ist. Über 2.000 kluge junge Köpfe der bedeutendsten Universitäten aus aller Welt treten hier gegeneinander an. Dabei stellen sie sich – wie im aktuellen Bielefelder Projekt – ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen und finden oft unkonventionelle Lösungen. Gleichzeitig werden auch internationale Unternehmen und Verbände bei iGEM auf die Studierenden und ihre vielversprechenden Ideen aufmerksam. Der Wettbewerb hat weltweite Ausstrahlung.“ Aufgrund der hohen Teilnehmerzahlen gibt es seit 2011 kontinentale Vorentscheide. Der europäische Vorentscheid findet vom 5. bis 7. Oktober in Amsterdam, Niederlande, statt. Hier entscheidet sich, welche europäischen Teams im November zum Finale nach Boston, USA, reisen. Die Universität Bielefeld ist bereits im dritten Jahr in Folge dabei und hat sich bereits 2010 und 2011 erfolgreich in Boston präsentiert.

Weitere Informationen im Internet:
www.igem-bielefeld.de

WissenschaftsCampus Phosphorforschung in Rostock sucht nach Lösungswegen
Schon 2035, so sagen Wissenschaftler voraus, wird der Rohstoff Phosphor im Boden nicht mehr ausreichend zur Verfügung stehen. Phosphor (P) ist für alle Lebewesen ein essenzielles Nährelement und in der Landwirtschaft mitverantwortlich für das Pflanzenwachstum. Aufgrund der weltweit begrenzten P-Vorkommen wird schon ab etwa 2035 global die Nachfrage das Angebot an P-Mineralen übersteigen. Die daraus folgende Verknappung kann die weltweite Lebensmittelproduktion bedrohen.

Lösungsstrategien zur Vermeidung einer solchen Verknappung zu erarbeiten, ist Anliegen einer engen interdisziplinären Zusammenarbeit der Universität Rostock mit drei Leibniz-Instituten der Wissenschaftsregion Rostock: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) und Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN). Seitens der Universität Rostock sind in diesem WissenschaftsCampus die Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät (AUF), die Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (MNF) und die Juristische Fakultät (JUF) beteiligt. „Die sich daraus ergebende hohe Interdisziplinarität dieses WissenschaftsCampus‘ ermöglicht eine umfassende Erforschung und Modellierung als Voraussetzung für ein nachhaltiges Management von Phosphor-Stoffströmen“, sagt Professor Wolfgang Schareck, Rektor der Universität Rostock. Offizieller Startschuss ist der morgen (22.03.2012) in Rostock stattfindende Workshop WissenschaftsCampus Phosphorforschung, an dem neben Wissenschaftlern aller genannten Einrichtungen auch der Rektor der Universität Rostock, der Vize-Präsident der Leibniz-Gemeinschaft und der Leiter der Abteilung Wissenschaft und Forschung des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Kultur Mecklenburg-Vorpommerns teilnehmen.

Ziel des WissenschaftsCampus Phosphorforschung ist es, Strategien zu entwickeln, welche die P-assoziierten Stoffströme schließen und somit durch eine effizientere P-Ausnutzung den Abbau der Lagerstätten erheblich verringern. „Aufgrund der zentralen Bedeutung von Phosphor in den unterschiedlichsten Produktions- und Umweltsystemen ist für die Entwicklung dieser Strategie eine interdisziplinare Herangehensweise in der Forschung unumgänglich“, sagt Prof. Dr. Peter Leinweber vom Institut für Bodenkunde der Universität Rostock, der in der P-Forschung eine der großen wissenschaftlichen Herausforderungen der nächsten Jahre sieht.

Durch die Bündelung fachlicher Kompetenzen universitärer Einrichtungen und der ansässigen außeruniversitären Leibniz-Institute soll der geplante WissenschaftsCampus mit dem provisorischen Arbeitstitel „Phosphorforschung“ den notwendigen Rahmen schaffen. Der WissenschaftsCampus ist eine gemeinsame geförderte Initiative von mindestens einer Leibniz-Einrichtung, einer Universität sowie des jeweiligen Sitzlandes. Dadurch sollen die regionale Partnerschaft zwischen Universität und Leibniz-Einrichtungen gefördert, Exzellenzen gebündelt und vernetzt sowie strategische Forschungen und Entwicklungen an interdisziplinären Forschungsthemen unterstützt werden.

Eine Vorreiterstellung bei Erforschung geschlossener P-Kreisläufe ist insbesondere für agrarisch geprägtes Land wie Mecklenburg-Vorpommern entscheidend zur Sicherung einer nachhaltigen Landwirtschaft. Die Professur für Bodenkunde an der Agrar- und Umweltwissenschaftlichen Fakultät hat dabei eine Koordinierungsfunktion übernommen. Bisher sind im WissenschaftsCampus Phosphorforschung 25 Forschergruppen mit einschlägiger Expertise aktiv.

Der Workshop am 22.03.2012 dient zur genaueren thematischen Fokussierung des geplanten WissenschaftsCampus Phosphorforschung sowie zur Erarbeitung konkreter Forschungsfragen und Projektideen zwischen den beteiligten Forschergruppen. Schon in der Vorbereitungsphase des WissenschaftsCampus´ wurde ein multilaterales Projekt mit dem Titel „Hohe Phosphor-Ausnutzung aus Gärresten unter Berücksichtigung der Fest-Flüssig-Trennung“ mit Beteiligung der AUF, IOW, LIKAT, bei der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe eingereicht. Weitere Projekte sind in Vorbereitung.

Zwei Fachvorträge werden auf dem Workshop in die Thematik einführen: Dr. Paul Withers von der Prifysgol Bangor University/UK wird über die wissenschaftlichen Herausforderungen der weltweiten P-Verknappung sprechen. In seiner Forschung beschäftigt sich Dr. Withers insbesondere mit der Zirkulation, dem Transfer sowie dem Management von Phosphor in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen. Im zweiten Vortrag wird von Prof. Felix Ekardt, Universität Rostock, die „Phosphorknappheit und Landnutzung als gesellschaftliches & juristisches Problem“ näher beleuchtet.

Da die Vernetzung der Forschungsgruppen zum großen Teil über die spezifischen Analysen und Modellierungsmethoden erfolgt, ist für den Herbst 2012 ein P-Methodenworkshop mit internationaler Beteiligung geplant. Dieser erfolgt in Zusammenarbeit mit der Kommission Bodenchemie der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft.

Kontakt:
Universität Rostock
Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät
Lehrstuhl für Bodenkunde
Prof. Dr. Peter Leinweber
Fon: +49 (0)381 498 3120
eMail:peter.leinweber@uni-rostock.de
http://www.auf-bk.uni-rostock.de/

Mikrofluidisches elektrochemisches Amplifizierungsverfahren zur schnellen, empfindlichen und quantitativen Detektion von pathogener DNA

Krankheitserreger lassen sich inzwischen ganz gut entlarven, meist dank aufwändiger Labormethoden. Manchmal aber drängt die Zeit oder es ist kein Labor in Reichweite. Auf dem Wunschzettel stehen daher Detektionsmethoden, die tragbar und schnell sind, dabei aber empfindlich, zuverlässig und quantitativ über einen weiten Konzentrationsbereich arbeiten. Amerikanische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen neuen Ansatz für eine Lab-on-Chip-Methode zum Nachweis von Pathogenen anhand ihres genetischen Materials vor. Das Verfahren arbeitet so empfindlich, dass eine so geringe Menge wie 16 Kopien der DNA von Salmonellen nachgewiesen werden konnten – in weniger als einer Stunde.

Seit Einführung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), einer inzwischen etablierten Methode zur Vervielfältigung genetischen Materials, in die klinische Diagnostik ist der Nachweis einer ganzen Reihe von Keimen wesentlich verlässlicher und empfindlicher geworden. Aber auch die PCR ist eine apparativ und zeitlich aufwändige Labormethode, die spezielle Geräte, exakt eingehaltene Temperaturzyklen mit sukzessiven Reagenszugaben und hoch qualifiziertes Personal benötigt.

Das Team um Kuangwen Hsieh und H. Tom Soh von der University of California (Santa Barbara, USA) wählte für ihren Ansatz eine jüngere Alternative zur PCR, die „loop-mediated isothermal amplification“, kurz LAMP. Sie läuft sehr rasch, sensitiv und selektiv für das gesuchte Pathogen und braucht keine Temperaturzyklen mit Reagenzienzugabe. Das Team integrierte LAMP mit einer elektrochemischen Detektion in Form eines mikrofluidischen Chips zur MEQ-LAMP, der „mikrofluidischen elektrochemischen quantitativen LAMP“.

In einer winzigen Kammer auf dem Chip fertigen Enzyme Kopien der in der Probe enthaltenen DNA an. Als Startpunkt dienen sechs verschiedene Primer – einzelsträngige Teilstücke der Ziel-DNA mit einer Startsequenz für die Enzyme. Methylenblau, ein Farbstoff, der sich in DNA einlagert, dient als elektrochemisches Nachweisreagenz. Zunächst sind die meisten Methylenblau-Moleküle frei in der Lösung und gelangen zu den in der Kammer montierten Elektroden. Werden Spannungszyklen durchlaufen, sorgen Redox-Reaktionen zwischen Elektrode und Methylenblau für einen Stromfluss. Je mehr DNA-Kopien entstehen, desto mehr Methylenblau lagert sich in die Stränge ein und steht an den Elektroden nicht mehr zur Verfügung – die Stromstärke sinkt immer weiter ab. Dies geht umso schneller, je mehr DNA-Stränge des Pathogens in der Probe enthalten waren. Der Zeitpunkt, zu dem der Abfall des Stromsignals maximal ist, lässt sich so gut bestimmen, dass die Forscher ihn zur Quantifizierung der Pathogen-Konzentration heranziehen können.

Ein zukünftiger Chip könnte mehrere Kammern für den parallelen Nachweis verschiedener Krankheitserreger tragen und den Auftakt für die Entwicklung effektiver Schnelltests für eine patientennahe Diagnostik, Lebensmittelsicherheit, Umweltüberwachung und den Schutz gegen biologische Kampfstoffe bilden.

Angewandte Chemie: Presseinfo 12/2012

Autor: H. Tom Soh, University of California, Santa Barbara (USA), http://www.engr.ucsb.edu/sohlab/locations.html

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201109115

Der Krankheitserreger, der bei den Fischbeständen in Doubs, Loue und Sorne eine um sich greifende Mykose hervorruft, gehört zu einem einzigen Stamm. Wahrscheinlich ist er durch menschliches Zutun in die Gewässer gelangt. Zu diesem Schluss kommt die Universität Neuenburg, die vom Bundesamt für Umwelt BAFU mit der Untersuchung dieses Organismus beauftragt wurde.

Seit 2009 ist im französisch-schweizerischen Grenzabschnitt des Doubs und in der Loue (Frankreich) regelmässig ein Fischsterben zu beobachten, das vorwiegend Forellen und Äschen betrifft. 2011 trat das gleiche Phänomen auch in der Sorne auf, einem schweizerischen Fluss im Einzugsgebiet des Rheins und ohne jede Verbindung zum Doubs. Die Fische leiden unter starkem Befall mit einem Erreger, der zur Gruppe Saprolegnia parasitica gehört. Bis heute wurden drei anfällige Fischarten identifiziert: Forelle, Äsche und Schmerle. 2011 erteilte das BAFU dem Labor für Bodenbiologie der Universität Neuenburg den Auftrag, den virulenten Stamm zu untersuchen und dessen Herkunft zu klären.

Mit molekularbiologischen Methoden konnten die Forscher zwei verschiedene Populationen von Saprolegnia nachweisen.

Mehr:
http://www.bafu.admin.ch/dokumentation/medieninformation/00962/index.html?lang=de&msg-id=44738

Die Web-Kamera der Deutschen Wildtier Stiftung zeigt das Brutgeschäft des Schreiadlers live und in Farbe!

Nachdem die Taufe der kleinen Kronprinzessin Estelle von Schweden in der ganzen Welt im Fernsehen verfolgt wurde, können Sie in wenigen Tagen ein ganz anderes freudiges Ereignis am Bildschirm beobachten: Der Nachwuchs der seltenen Schreiadler wird vor laufender Kamera schlüpfen! „Seit fast vier Wochen bebrütet das Schreiadler-Weibchen zwei Eier, während das Männchen emsig Futter für sie heranfliegt“, sagt Dr. Andreas Kinser, Projektleiter der Deutschen Wildtier Stiftung. Das Schlüpfen eines Schreiadler-Kükens im Internet zu verfolgen, ist nicht nur spannend, sondern auch extrem selten. Über www.DeutscheWildtierStiftung.de kann jeder Adler-TV gucken und einen Blick in die Küken-Kinderstube werfen. Das ist eine einmalige Gelegenheit, denn in Deutschland sieht man den vom Aussterben bedrohten Adler kaum noch. Mit knapp hundert Brutpaaren ist er bei uns sehr selten geworden.

„Es gibt mittlerweile eine feste Fangemeinde, die regelmäßig Adler-TV schaut“, sagt Kinser. Schon im letzten Jahr fieberten zahlreiche Besucher dem Tag entgegen, an dem der Schreiadler-Nachwuchs vor laufender Kamera schlüpft, aufwächst und nach ersten Flugversuchen den Horst verlässt, um im Spätsommer die lange Reise Richtung Afrika anzutreten. Doch 2011 zeigte sich die Natur von ihrer grausamen Seite: Der Jungvogel, der sich bereits prächtig entwickelt hatte, wurde von einem Baummarder gefressen.

Familie Schreiadler, die jetzt per Mausklick beim Brutgeschäft zu beobachten ist, lebt im lettischen Naturreservat Teici. Dr. Andreas Kinser steht in ständigem Kontakt mit Dr. Ugis Bergmanis, dem Kooperationspartner der Deutschen Wildtier Stiftung vor Ort, der auch die Web-Kamera installiert hat. Seit Mitte April bewohnen die Tiere den mit frischen Zweigen ausgepolsterten Horst in 15 Meter Höhe.

Die Aufnahmen der Web-Kamera sind nicht nur spannend, sie geben vor allem Auskunft über das Brutverhalten und die Ernährung der Küken dieses extrem seltenen Greifvogels. „Wie viele andere Arten leidet der Schreiadler besonders unter dem Verlust geeigneter Lebensräume“, sagt Kinser. Deshalb kooperiert die Deutsche Wildtier Stiftung in einem Projekt zum Lebensraumschutz mit Land- und Forstwirten, um gemeinsam eine schreiadlerfreundliche Bewirtschaftungsweise zu finden. Darüber hinaus sollen die Flächen in Mecklenburg-Vorpommern, die die Deutsche Wildtier Stiftung aus dem „Nationalen Naturerbe“ übertragen bekommen hat, wieder zu Brutgebieten des Schreiadlers werden. „Durch die Web-Kamera in Lettland erhalten wir unter anderem Informationen über die Zusammensetzung der Beutetiere für die Aufzucht der Schreiadler-Küken“, erklärt Dr. Andreas Kinser. In Deutschland untersucht die Deutsche Wildtier Stiftung gemeinsam mit ihren Projektpartnern, durch welche Maßnahmen sich die Dichte der Beutetiere in den Lebensräumen der Schreiadler erhöhen lässt. Gefördert wird das Projekt zum Lebensraumschutz durch das Bundesamt für Naturschutz (BfN).

In Lettland wird hoffentlich bald ein gesundes Küken aus dem Ei schlüpfen. Im September wird dann aus diesem Doku-Star ein Langstreckenflieger. Kaum flügge geworden, macht sich der Jungvogel nämlich schon in die 10 000 km entfernten Winterquartiere in Afrika auf.

Informationen über das Schutzprogramm sind ebenfalls auf der Website der Deutschen Wildtier Stiftung (www.DeutscheWildtierStiftung.de) erhältlich.

Dresden – Gute Arbeit braucht die richtigen Arbeitsmittel. Der Preis allein sollte dabei nicht entscheidend sein. Denn wenn das Arbeitsmittel nicht zur Betätigung passt, kann das teuer werden. Auch die Sicherheit und Gesundheit der Beschäftigten ist gefährdet. Nur auf den Preis zu gucken lohnt sich deshalb nicht, egal worum es sich handelt, ob Hammer oder Hebebühne. Mit dem Bericht „Auswahl von Arbeitsmitteln – Stand der Technik zur Umsetzung der Betriebssicherheitsverordnung“ gibt die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) betrieblichen Einkäufern und Beschaffern eine Handlungshilfe für die richtige Entscheidung an die Hand.

Erfahrungen zeigen, dass sich der Aufwand bei der Auswahl von Arbeitsmitteln lohnt. Korrekturen einer einmal getroffenen Entscheidung sind später meist nur noch teuer oder mit geringerer Wirkung zu erkaufen. Somit gefährdet eine falsche Auswahl nicht nur die Beschäftigten, sondern auch die Qualität der Produkte und die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens leiden. Nach der Betriebssicherheitsverordnung ist in erster Linie der Arbeitgeber in der Pflicht, den Arbeitsplatz sicher zu gestalten. Der BAuA-Bericht soll helfen, bei der Beschaffung von Arbeitsmitteln alle relevanten Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Besonders für kleine und mittlere Unternehmen, die seltener große Investitionen tätigen, ist es schwierig nach den richtigen Kriterien auszuwählen.

Wo und wie soll das Arbeitsmittel verwendet werden? Und wer soll am Gerät arbeiten? Solche Fragen helfen bei der Beurteilung der Situation und geben wichtige Hinweise darauf, welches Arbeitsmittel das richtige ist. Damit die Auswahl getroffen werden kann, ist es für diesen Prozess aber beispielsweise ebenso wichtig, dass die Bedienungsanleitung schon vor der Beschaffung des Produktes vorliegt. Wichtig sind außerdem weitere Überlegungen, auch bei der Vorbereitung der Arbeit. Beispielsweise kann für einige Tätigkeiten eine Schutzausrüstung erforderlich sein. Viele Geräte müssen zudem regelmäßig gewartet werden, damit sie gefahrlos betrieben werden können. Der BAuA-Bericht „Auswahl von Arbeitsmitteln“ enthält einen Katalog von Fragen, die bei der Beschaffung von Arbeitsutensilien geklärt werden sollten. Dabei beleuchtet der Bericht sowohl die Auswahl von Arbeitsmitteln bei der Beschaffung als auch bei der Arbeitsvorbereitung.

„Auswahl von Arbeitsmitteln – Stand der Technik zur Umsetzung der Betriebssicherheitsverordnung“; Christof Barth; Dortmund; Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin 2012; 54 Seiten. Der Bericht steht als PDF unter http://www.baua.de/publikationen auf der BAuA-Homepage.

Für 700 Millionen Menschen weltweit, so die UN, ist Trinkwasser knapp. Abhilfe kann in Küstengebieten die Entsalzung von Meerwasser schaffen. Die gängigen Methoden, vor allem Destillation und Umkehrosmose, benötigen jedoch viel Energie – und sind für die oft armen Regionen zu teuer. Chemiker des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) arbeiten an einem völlig neuen Verfahren. Quellfähige Kunststoffpartikel (Superabsorber), ähnlich denen in Windeln, dienen dabei als Filter: Beim Quellen nehmen sie nur einen Teil des Salzes auf, beim Auspressen geben sie salzarmes Wasser ab.

Dass das Prinzip funktioniert, haben Professor Manfred Wilhelm und sein Doktorand Johannes Höpfner vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie des KIT bereits nachgewiesen. Mit ihrem Verfahren können sie den Salzgehalt in einem Durchlauf um mehr als ein Drittel reduzieren. Als Quellmaterial dient ein Hydrogel auf Acrylsäurebasis: kugelförmige, vernetzte Polymere, die in Wasser aufquellen und das 100-fache ihrer Masse aufnehmen können. Das Besondere daran sind die geladenen Gruppen in den Polymeren: Beim trockenen Material ist die Ladungsdichte hoch – und sorgt dafür, dass das Salz zunächst abgestoßen wird und vor allem Wasser eindringt. Quillt das Netz weiter auf, wird die Ladungsdichte geringer und Salz dringt ein. „An diesem Punkt drehen wir den Prozess um: Wir pressen das aufgequollene Hydrogel mechanisch wieder aus, ähnlich wie einen Schwamm“, sagt Johannes Höpfner. „Das Wasser hat dann gegenüber Meerwasser bereits einen deutlich reduzierten Salzgehalt.“ Der Salzgehalt von Meerwasser entspricht 35 Gramm Natriumchlorid pro Liter. „Wir wollen im ersten Durchlauf auf zehn Gramm kommen, im zweiten auf drei und im dritten schließlich auf ein Gramm pro Liter – das ist eine Menge, die man trinken kann“, so Manfred Wilhelm.

Zurzeit arbeitet Johannes Höpfner daran, den Superabsorber genau auf diese Verwendung anzupassen. „In Windeln muss das Material auch unter Druck, wenn das Baby darauf sitzt, trocken bleiben. Bei uns soll es – um Energie zu sparen – die Flüssigkeit gerade mit möglichst wenig Druck wieder abgeben.“ Erreichen will er dies etwa über eine chemisch ideal eingestellte Vernetzungs- und Ladungsdichte der Hydrogele. „Setze ich die Knotenpunkte und damit die Ladungen sehr eng, sind die Kugeln sehr hart: Das hat den Vorteil, dass das Salz sehr gut abgestoßen wird, allerdings brauche ich dann viel Energie, um das Hydrogel auszupressen. Hier geht es darum, das Optimum zu finden“, erläutert der Doktorand. Um das Verfahren anhand detaillierter Analysedaten weiterzuentwickeln, hat er einen präzisen Teststand konstruiert: eine Halbliter-Hydraulikpresse, die Polymer und Wasser voneinander trennt, und an der sich der Stempelweg, Druck und Salzgehalt genau messen lassen. Die Daten fließen dann auch in Computersimulationen, die in Kooperation mit der Universität Stuttgart durchgeführt werden.

Mit ihrer Idee stießen Wilhelm und Höpfner bereits bei mehreren Firmen auf großes Interesse. Ob sie den Weg in die Anwendung findet, hängt unter anderem von der Energiebilanz ab. „Für die gängigen Verfahren Destillation und Umkehrosmose, die unter Druck über eine Membran Süßwasser von salzhaltigerem Wasser trennt, benötigt man in der Praxis zwischen drei und zehn Kilowattstunden pro Kubikmeter Wasser. Ob wir besser sind, wissen wir noch nicht – aber wir arbeiten aktuell an der Abschätzung“, sagt Manfred Wilhelm. Destillation und Umkehrosmose werden in der Regel aber durch Dieselgeneratoren angetrieben, beim Verfahren der Karlsruher Chemiker wäre ein direkter Antrieb über ein Windrad denkbar – rein mechanisch und somit sehr effektiv.

Die Polymerpresse könnte damit eine besser skalierbare Alternative zu den herkömmlichen Verfahren darstellen, die technische Umsetzung ist aber noch offen. „Wir schaffen die naturwissenschaftlichen Grundlagen, eine entsprechend größere Anlage zu entwickeln, wäre dann Aufgabe für Chemieingenieure und Maschinenbauer“, sagt Manfred Wilhelm. Bei möglichen Anwendungen denkt er aber vor allem an Nischen, beispielsweise eine Kartusche, die es ermöglicht, Meerwasser von Hand auszupressen und so mobil und unkompliziert Trinkwasser zu gewinnen. Lohnen könnte sich das Verfahren insbesondere bei der Aufbereitung von Brackwasser, da es umso besser funktioniert, je niedriger der Salzgehalt ist.

Nähere Informationen: http://www.itcp.kit.edu/wilhelm/577.php

Zusammenfassung
Es wird eine erste Übersicht gegeben über das zum 1. Juni 2012 in Deutschland in Kraft getretene Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) und die damit zusammenhängenden Folgevorschriften. Mit dem Inkrafttreten des neuen KrWG wird ein über zweijähriger Umsetzungsprozess für die europäische Abfallrahmenrichtlinie (AbfRRL) vom 19. November 2008 vorläufig abgeschlossen. Es bleibt abzuwarten, ob die im Gesetzgebungsverfahren aufgetretenen Probleme durch das Gesetz abschließend gelöst worden sind.

Den ganzen Artikel lesen Sie In der Korrespondenz Abwasser Heft 6-2012 ab Seite 569

Autor
Rechtsanwalt Michael Scheier
Fachanwalt für Verwaltungsrecht
Stammheimer Straße 17,
50735 Köln
www.umweltrecht-scheier.de