Mit Hochdruck zu sauberem Wasser: Neuartige Technologie zur Wasserreinigung – Projekt HyKaPro startet
Forschende des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) wollen mit
ihrem neuen Projekt den Nachweis erbringen, dass sich eine von ihnen
entwickelte innovative Methode zur Aufbereitung industrieller Abwässer in
den technischen Maßstab überführen lässt. Als Namensgeber stand die
sogenannte hydrodynamische Kavitation (HyKaPro) Pate: Das Verfahren,
entwickelt im CLEWATEC Innovation Lab des HZDR, setzt auf ein innovatives
Oxidationsverfahren zur Wasserbehandlung, das Mikroschadstoffe effektiv
abbauen kann.
Kläranlagen sind für die Beseitigung von Schadstoffen im Wasser
entscheidend. Allein in Deutschland sind rund 10.000 kommunale und 3.000
Industrie-Kläranlagen in Betrieb. Sie stoßen jedoch häufig an Grenzen,
wenn es um die Entfernung von chemisch stabilen Verbindungen geht. Dazu
zählen auch Substanzen, die nicht zu den bisher im Abwasser-Monitoring
priorisierten Schadstoffen gehören. Diese neuartigen Schadstoffe, deren
weite Verbreitung in der aquatischen Umwelt erst durch moderne
Analysetechniken sichtbar wurde, entpuppen sich in zunehmendem Maße als
Problem. Prominente Beispiele dieser äußerst vielfältigen
menschengemachten Chemikalien sind bromierte Flammschutzmittel,
Kraftstoffzusätze, Umwelthormone oder die aus der Herstellung von
Antihaftbeschichtungen bekannten Perfluortenside.
„Unser neues Verfahren hat sich in den bisherigen Versuchen im Labor- und
Technikumsmaßstab als äußerst effizient bei der Beseitigung solcher
Mikroschadstoff-Moleküle erwiesen. Die Technologie gibt uns ein Werkzeug
in die Hand, um der Verschmutzung von Wasserressourcen auch mit diesen nur
schwer abbaubaren Verbindungen entgegenzutreten und so einen bedeutenden
Beitrag zum Umwelt- und Gesundheitsschutz von Ökosystemen und der
Bevölkerung zu leisten“, erklärt Dr. Sebastian Reinecke vom Institut für
Fluiddynamik am HZDR und Leiter des Clean Water Technology Lab (CLEWATEC).
Turbo für traditionelle Oxidationsverfahren
Oxidationsverfahren spielen traditionell eine entscheidende Rolle in der
Wasserbehandlung, weil sie Schadstoffe durch die Reaktion mit
Oxidationsmitteln wirkungsvoll abbauen. HyKaPro setzt zusätzlich auf
Kavitationseffekte, um die Oxidationsreaktionen zu intensivieren. Diese
Technologie erzeugt durch den Kollaps von Dampfblasen extreme Bedingungen
in unmittelbarer Nähe zu den im Wasser mitgeführten Schadstoffen. „Bei der
Implosion der Blasen entstehen Temperaturen von 4.700 Grad Celsius und
Drücke von 9.900 Atmosphären, die ihrerseits hochreaktive Prozesse
auslösen, die zu einer verbesserten Zersetzung der Mikroschadstoffe
führen“, erläutert Reinecke. Denn mit dem Platzen der Blasen entstehen
gleichzeitig reaktionsfreudige Hydroxylradikale, die an die Schadstoffe
andocken und sie in kleine, inaktive Fragmente verwandeln. Um die
gewünschte Zahl an Hydroxylradikalen zu optimieren, fügen die
Wissenschaftler*innen dem Prozess zusätzlich Ozon hinzu.
Vom Labor in die Anwendung
CLEWATEC ist bereits als Vorreiter für die Entwicklung umweltfreundlicher
Wasserreinigungstechnologien etabliert. Ein neuartiges
Sauerstoffeintragssystem für biologische Abwasserreinigungsprozesse zeigte
im Technikum die doppelte Effizienz von herkömmlichen Systemen und wird
derzeit an Kläranlagen validiert. „Wir bauen dabei auf den reichhaltigen
Erfahrungsschatz unseres Instituts für Fluiddynamik am HZDR auf. Die hier
seit Jahren gewonnenen Erkenntnisse zur Optimierung komplexer
Strömungsmodelle kommen uns bei unseren Arbeiten sehr zupass“, freut sich
Reinecke.
Mit HyKaPro will das Team nun die hydrodynamische Kavitation aus dem Labor
holen und in eine marktreife Technologie verwandeln. In Zusammenarbeit mit
Betreibern von Industrie-Klärwerken wollen die Forschenden die
technologische Effizienz des Verfahrens nachweisen. Dabei werden sie
gemeinsam mit den Projektpartnern die Wirtschaftlichkeit auf den Prüfstand
stellen und an einer Verwertungsstrategie feilen. Dabei unterstützt
Business Development Manager Alejandro Parra das Projekt im Bereich
Technologietransfer. Das für anderthalb Jahre konzipierte Projekt startet
im Januar 2024 und wird durch die Sächsische Aufbaubank über die EFRE-
Validierungsförderung mit rund 200.000 Euro unterstützt. Das CLEWATEC-Team
am HZDR ist zuversichtlich, dass HyKaPro nicht nur die Effizienz der
hydrodynamischen Kavitation unter Beweis stellen, sondern auch einen
bedeutenden Schritt in Richtung umweltfreundlicher Wasserreinigung gehen
wird: sowohl in der kommunalen und industriellen Abwasseraufbereitung als
auch in der Landwirtschaft und der Trinkwasseraufbereitung.
