Die Ressource Wasser wird bedingt durch Klimawandel und Bevölkerungswachstum immer knapper. Zudem werden durch Abwässer umweltrelevante Substanzen wie Spurenstoffe, Mikroplastik oder PFAS eingeleitet – mit teils kritischen Folgen für das Ökosystem. Bisherige Technologien zur Abwasseraufbereitung sind ressourcen- und kostenintensiv und kommen bislang noch nicht flächendeckend zum Einsatz. Sie sind auch nur begrenzt effektiv, indem beispielsweise die vierte Reinigungsstufe einer Kläranlage nicht alle Spurenstoffe entfernen kann. Auch deshalb findet aktuell noch keine umfassende Wasserwiedernutzung zur Entlastung unserer Wasserversorgungssysteme statt.

Abwasserströme aufbereiten

In der Fraunhofer-Allianz »SysWasser« bündeln insgesamt neun Fraunhofer-Institute, darunter das Fraunhofer UMSICHT, ihre Kompetenzen in der Erforschung und Entwicklung rund um das Thema Wasserkreislauf. Ihr gemeinsames Ziel: Abwasserströme aus Industrieprozessen und der kommunalen Abwasserreinigung technisch so aufbereiten, dass Wasser im Prozess wiederverwendet werden kann und/oder keine umweltkritischen Stoffe in die Natur gelangen. »Wir wollen Wasser in verschiedenen Szenarien aufbereiten und recyceln, zum Beispiel in Industrieprozessen oder Wiederverwendung in der Landwirtschaft«, erklärt Lukas Rüller vom Fraunhofer UMSICHT. Gleichzeitig sollen aus chemischen Prozessen oder der Stahlindustrie Säuren und Laugen zurückgewonnen und so im Kreislauf geführt werden.

Das Oberhausener Forschungsinstitut ist im Rahmen von »SysWasser« unter anderem für das Thema Membrantechnik zuständig. Eine robuste Technologie, die flexibel zentral oder dezentral anwendbar ist. Je nach Anwendungsfall und zu entfernenden Bestandteilen kommen individuelle Lösungen zum Einsatz: Vorwärtsosmose, Reverse-Osmose, Ultra- oder Nanofiltration. Ein neuartiger Schwingfilter hilft, die Energieeffizienz zu steigern. Zur spezifischen Entfernung von Spurenstoffen eignen sich Adsorberharze oder CDI-Systeme (Capacitive deionization). Diese reversiblen Adsorptionstechnologien ermöglichen die Regeneration und Wiederverwendung des Adsorbermaterials, was wiederum den Materialverbrauch minimiert und gleichzeitig den Energieverbrauch optimiert.

Lukas Rüller: »Ein großer Vorteil unseres Angebots zur Abwasseraufbereitung ist, dass es nicht nur kosten- und ressourcenschonender ist, sondern auch die Rückgewinnung von potenziell wertvollen Abwasserbestandteilen ermöglichen kann.«

Auf der diesjährigen IFAT stellte Fraunhofer UMSICHT das Schwingfiltermodul und weitere Technologien zur Abwasseraufbereitung aus. Außerdem konnten sich interessierte Messebesucher:innen über die Nutzung von CO2 zur Produktion von Plattformchemikalien und das Projekt »Biolectid« informieren. In einem bio-elektrochemischen Fermentationsprozess wurde aus Glukose und CO2 einer Biogasanlage biobasierte Bernsteinsäure hergestellt. Es wurden technische Ansätze zur Herstellung von Biomethan aus CO2 einer Biogasanlage und grünem Wasserstoff gezeigt. Und es gab Informationen zum biologischen Prüflabor, in dem zertifizierte Untersuchungen zum Abbau von Produkten wie Kunststoffen in der Umwelt (Kompost, Boden und weiteres) durchgeführt werden.