SIEMENS

Bislang weiß niemand genau, wie gefährlich sie tatsächlich sind: Sie fließen mit dem Abwasser aus Kunststoff-Fabriken und mit der Toilettenspülung ins Kanalrohr. Die widerspenstigen Chemikalien überstehen sogar den Angriff von Bakterien in der Kläranlage. „Endokrine Stoffe“ heißen die langlebigen Verbindungen, die im Verdacht stehen, auf das Hormonsystem des Menschen einzuwirken. Pflanzenschutzmittel zählen dazu, Wirkstoffe in der Anti-Baby-Pille oder Chemikalien aus der Kunstharzindustrie. Manche von ihnen könnten Krebs auslösen, andere, so vermutet man, führen dazu, dass sich Fischmännchen in Weibchen wandeln.

Mit der herkömmlichen biologischen Kläranlagentechnik lassen sie sich nicht zerstören. So reichern sie sich in der Umwelt an. Um sie zu vernichten, muss man härtere Geschütze auffahren: Wasserstoffperoxid oder Ozon, die aggressive Radikale bilden und die Schadstoffmoleküle damit in unschädliche Bruchstücke zerlegen. Derzeit sind erst wenige Referenzanlagen auf dem Markt, die endokrine Substanzen unter Sauerstoffbeschuss nehmen. Advanced Oxidation Process (AOP) heißt diese Technik, die starke UV-Lampen zur Radikalbildung nutzt – was zwar die Schadstoffe wirkungsvoll abbaut, doch viel Strom verbraucht. Zudem sind aufwändige Nachbehandlungsschritte mit Aktivkohle nötig, die überschüssige Chemikalien und Reaktionsprodukte entfernen.

Fachleute von Siemens Water Technologies im bayerischen Günzburg entwickeln jetzt eine deutlich effizientere und sparsamere Anlage. Dabei setzen sie auf kompetente Partner der Dänischen Technischen Universität (DTU) in Kopenhagen. Die Wissenschaftler um den Chemiker Henrik Rasmus Andersen forschen seit Jahren an AOP-Anlagen. Sie verfügen über erstklassige analytische Verfahren, um die im Wasser nur in Mikrogramm-Konzentrationen vorhandenen endokrinen Substanzen oder Antibiotika nachzuweisen. Jetzt arbeiten sie gemeinsam mit Siemens an einer neuen Reaktionskammer, die effizienter als vergleichbare Anlagen sein wird. Radikale sind äußerst kurzlebig, daher beeinflusst die Strömung im System, die Fluiddynamik, die Reinigungswirkung der Kammer ganz erheblich. Die Geometrie der Kammer muss entsprechend ausgelegt sein. Letztlich geht es darum, das Gesamtsystem so zu optimieren, dass mit wenig Chemikalieneinsatz und Energie das beste Ergebnis erzielt wird.

Bewährte Partner. Dass die Bayern und die Dänen zusammengefunden haben, kommt nicht von ungefähr. Die DTU ist eine von acht herausragenden internationalen Universitäten, mit denen Siemens eine intensive Forschungskooperation unterhält. Siemens hat dafür vor einigen Jahren das CKI-Programm (Center of Knowledge Interchange) aufgelegt. Grundlage ist ein gemeinsamer Rahmenvertrag mit der jeweiligen Universität (siehe Artikel „Die Welt als Laboratorium“). Die DTU – seit langem führend in der Entwicklung von Umwelttechnik– ist seit 2006 CKI-Universität.

„Mit dem CKI-Programm streben wir eine langfristige vertrauensvolle Zusammenarbeit an, aus denen viele einzelne Kooperationsprojekte hervorgehen“, sagt Dr. Dieter Wegener, Technologiechef der Siemens-Division Industry Solutions. Lange Zeit agierten Industriefirmen bei Kooperationen mit externen Partnern vorsichtig; zu groß war die Angst, Wissen nach außen zu verlagern. Siemens hat sich davon frei gemacht. „Wenn man große Entwicklungssprünge machen will und radikale Innovationen anstrebt, ist man auf die Expertise von Universitäten angewiesen“, betont Wegener. Neben der Fachkompetenz ist auch der Faktor „Mensch“ ein Schlüssel zum Erfolg, der persönliche Draht, das gute Miteinander. In den auf viele Jahre angelegten CKIs kann so etwas wachsen.

„Wir haben mit den Experten von Siemens zunächst diskutiert, in welchen Technologiefeldern wir gut zusammenarbeiten können“, sagt Henrik Søndergaard von der DTU, der als CKI Manager die Kooperationsprojekte an der Universität betreut. „Daraus ergaben sich Projekte wie die AOP-Anlagentechnik oder das Projekt EDISON, in dem untersucht wird, wie das Elektroauto zum Bestandteil des Stromnetzes werden kann (siehe Artikel „Autos unter Strom“).“ Auch haben Fachleute von Industry Solutions und Siemens Corporate Technology mit der DTU und der Technischen Universität Berlin eine neue Bewertungsmethodik entwickelt, die den wirtschaftlichen und zugleich ökologischen Nutzen grüner Produkte und Lösungen ermittelt: die „Eco Care Matrix“.

Für die Wassertechnologie-Fachleute von Siemens haben die CKI-Kooperationen mehrere Vorteile. „Wir können auf Experten zurückgreifen, über die wir nicht selbst verfügen“, sagt Klaus Andre, Forschungsleiter in Günzburg. „Außerdem lernen wir Nachwuchskräfte kennen, die nach dem Studium für Siemens arbeiten könnten.“ Im Fall der AOP-Entwicklung kommt hinzu, dass die DTU über teure Analysetechnik, etwa Massenspektrometer, verfügt. „Endokrine Stoffe werden seit etwa zehn Jahren aufmerksam studiert“, sagt Andres Kollegin, die Verfahrenstechnikerin Cosima Sichel. „Vor allem seit es die Technik gibt, mit der man die Substanzen relativ schnell und einfach nachweisen kann.“

Die USA – besonders Kalifornien –, Deutschland und die EU sind interessante Märkte für die AOP-Technik, denn dort ist man bereits für das Thema sensibilisiert. „Hormone und Antibiotika werden vom Menschen zum großen Teil wieder ausgeschieden und gelangen ins Wasser“, sagt Sichel. Im Falle der Antibiotika vermutet man, dass das zur Entwicklung resistenter Infektionskeime führen kann. Und die hormonell wirksamen Stoffe nimmt der Mensch wieder mit dem Trinkwasser auf. Noch wissen Ökotoxikologen nicht genau, welche Auswirkungen das haben kann. Wer auf Nummer sicher gehen will, sollte endokrine Substanzen deshalb besser aus dem Trinkwasser entfernen.

Die AOP-Anlage, die derzeit zusammen mit der DTU entwickelt wird und binnen drei Jahren auf den Markt kommen soll, soll dieses Dilemma lösen. Sie eignet sich für die Trinkwasseraufbereitung im Wasserwerk. In der chemischen und pharmazeutischen Industrie kann sie verschmutzte Abwasserteilströme bearbeiten, bevor diese in den Hauptabwasserstrom eingeleitet werden. Und in der Mikroelektronik kann sie ultrareines Wasser zur Reinigung empfindlicher Bauteile erzeugen.

Je nach Einsatzgebiet sollen unterschiedlich dimensionierte Anlagen genutzt werden. Etwa 200 Kubikmeter Wasser pro Stunde soll das einfache System für die Trinkwasseraufbereitung liefern. Noch lässt sich die Größe des künftigen Marktes nur schwer quantifizieren, sagt Andre. „Die AOP-Anlagen werden im großen Stil eingesetzt werden, sobald der Gesetzgeber sie vorschreibt“, meint er. Solche Regelungen gebe es bislang kaum. Doch das Potenzial ist riesig. Allein in Deutschland gibt es rund 10.000 Kläranlagen und über 6.000 Wasserversorgungsunternehmen.