Pictures of the Future Frühjahr 2005
Elemente des Lebens – Ultrafiltration – inge AG
Nanoporen zur Wasserfilterung
Mit innovativer Technik will die inge AG der führende Anbieter von Ultrafiltrationsmodulen werden. Siemens Venture Capital unterstützt den Start des jungen Unternehmens.
Von der Hohlfaser zum Ultrafilter: Die Technik der inge AG macht Wasserreinigung durch Ultrafiltration wirtschaftlicher und breiter in der Anwendung
Für die Entkeimung und Reinigung von Trinkwasser leistet Nanotechnologie einen wichtigen Beitrag: Wird Wasser durch Membranporen von wenigen Nanometer Durchmesser gedrückt, bleiben sämtliche Feststoffpartikel, Viren, Bakterien und Sporen zurück. Die Ultrafiltration ist eines der zuverlässigsten Verfahren zur Desinfektion von Wasser – völlig ohne Chemikalien wie etwa Chlor. Die von Siemens mitfinanzierte Firma inge AG hat die Technik nun entscheidend verbessert.
Ziel war es, die Ultrafiltration praxistauglich und wirtschaftlich zu machen. Für größere Wassermengen haben sich Filter bewährt, in denen mehrere tausend Kapillaren zu einem Modul zusammengefasst sind. Jede Kapillare ist eine Hohlfaser, ähnlich einem Strohhalm, dessen Wand als Membran fungiert. Sie besteht meist aus dem Kunststoff Polysulfon. Die größten Anlagen, die derzeit in Betrieb sind, erzeugen pro Stunde etwa 3 000 m³ Reinwasser – ausreichend, um eine halbe Million Menschen oder ein großes Kraftwerk zu versorgen. In den Modulen wird Wasser unter geringem Druck durch die Kapillaren gepumpt. Es tritt dann in Querrichtung durch die poröse Wand hindurch. Die zurückbleibenden Partikel bilden einen Belag, der regelmäßig abgespült werden muss. Dazu wird die Strömung für ein paar Sekunden umgekehrt, was die empfindlichen Membranen stark beansprucht. Die Folge: Bei herkömmlicher Technologie kommt es häufig zum Bruch der Kapillaren.
Energiesparende Filterung. Hier kommt die inge AG ins Spiel. Diese im Jahr 2000 in Greifenberg, Bayern, gegründete Firma hat Hohlfasern entwickelt, in denen jeweils sieben Kapillaren zu einer Membranfaser zusammengefasst sind (Multibore-Technologie). Deren Innenwände bilden die aktive Filterschicht. Zur Herstellung wird aus einem eigens entwickelten Polyethersulfon eine schaumartige Stützstruktur erzeugt. Dabei wird der Herstellprozess so gesteuert, dass die Wände der Hohlräume exakt die gewünschte Porosität bekommen. "Das schaumartige Stützmaterial ist so durchlässig, dass es den Wasserfluss nicht behindert", erklärt Michael Hank, CEO der inge AG. "Dadurch tritt nur ein sehr geringer transmembraner Druckabfall auf – anders als bei allen anderen Trägermaterialien auf dem Markt. Das hilft, die Energiekosten für den Anlagenbetrieb zu senken."
Die einzelnen Fasern werden zu Membranmatten gebündelt, die Matten aufgerollt und in ein perforiertes Innenrohr eingepasst. Dieses wiederum wird in ein Außenrohr gesteckt. Die Fasern sind untereinander an beiden Enden mit einem Epoxidharz vergossen, ebenso die beiden Mäntel. "Dadurch kommen wir ohne verschleißanfällige Dichtungen aus, Reinwasser und Rohwasser sind stets zuverlässig voneinander getrennt", sagt Hank.
Im Betrieb wird das Rohwasser in die Kapillaren gepumpt. Das Reinwasser sammelt sich im Spalt zwischen Innen- und Außenrohr und wird durch einen Stutzen abgeführt. Je nach geforderter Reinheit ist dieses Wasser bereits gebrauchsfähig oder es durchläuft weitere Schritte – etwa eine Umkehrosmose zur Entsalzung, denn Salze werden durch die Ultrafiltration nicht entfernt. Auch die Fasermatten sind eine Besonderheit, sagt Hank: "In unserer lattenzaunartigen Anordnung stützen sich die einzelnen Fasern gegenseitig. Das ist wichtig, weil sie bei jedem Umschalten zwischen Filtration und Spülung einen Stoß erhalten, der sie in Schwingung versetzen würde, wären sie nicht fixiert. So etwas kann zu Ermüdungsbrüchen führen." Diese Anordnung ermöglicht zudem definierte Abstände aller Fasern. So stellen die Ingenieure sicher, dass der Strömungswiderstand überall derselbe ist, damit alle Kapillaren gleichmäßig angeströmt werden. Zielmärkte der inge AG sind vor allem USA, Europa und China. In den USA werden in den nächsten Jahren über 30 000 neue kommunale Wasserwerke benötigt. In China geht es vor allem um den Aufbau der Strom-Infrastruktur, wofür gewaltige Mengen hochreinen Kesselspeisewassers benötigt werden – und ein weiterer Wachstumsmarkt sind die östlichen EU-Staaten.
Innovative Schlüsseltechnologie. Siemens Venture Capital (SVC) hat in die aufstrebende Firma investiert. "Wir sehen für Siemens große Synergieeffekte, sowohl fürs Kerngeschäft Kraftwerkstechnik wie für unser Ziel, ein Global Player im Wassergeschäft zu werden", sagt Bruno Steis, bei SVC verantwortlich für das Investment. "Durch die inge AG bekommt Siemens – neben der Akquisition von USFilter – weiteren Zugang zu einer innovativen Schlüsseltechnologie." Zufrieden ist auch Hank: "Wir profitieren vom Siemens-Netzwerk und kommen dank des Investments von SVC unserem Ziel, bei der Ultrafiltration der führende Technologieanbieter zu werden, ein gutes Stück näher. Im Jahr 2010 wollen wir bereits einen Umsatz von mindestens 100 Mio. € erzielen."
Björn Gondesen