Pictures of the Future Herbst 2008
Zukunft der Rohstoffe – Elektrochemische Abwasseraufbereitung
Mit Strom gegen Schmutz
Kleider und Kopfschmerztabletten haben eines gemeinsam: Bei ihrer Produktion entstehen Abwässer, die große Mengen schwer abbaubarer Schadstoffe enthalten können. Gegen manche dieser Stoffe sind die bisherigen industrieeigenen biologischen Kläranlagen machtlos. Ein neues Verfahren von Siemens könnte das ändern.
Renitente Reste: Manche Industrieabwässer enthalten Schadstoffe, die bisherige Kläranlagen nicht abbauen können. Ein neues Siemens-Verfahren bekämpft diese Substanzen mit Strom (kleine Bilder)
Wir setzen das Abwasser unter Strom", sagt Dr. Manfred Waidhas, der das elektrochemische Verfahren zur Abwasserreinigung bei Siemens Corporate Technology in Erlangen entwickelt hat. Dabei entstehen aus Wassermolekülen Hydroxyl-Radikale: die Saubermänner des Prozesses. Diese Verbindungen aus je einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom gehören zu den stärksten Oxidationsmitteln überhaupt und können das kohlenstoffhaltige Grundgerüst aller organischen Substanzen komplett zerlegen. "Die zerkleinerten Schadstoffe können anschließend von den Bakterien in den biologischen Kläranlagen verdaut und so unschädlich gemacht werden", beschreibt Waidhas die Strategie.
Für die stromgestützte Reinigung wird das Abwasser durch einen stahlgekapselten Reaktor gepumpt, der wie eine Bleibatterie Elektroden enthält. Diese werden elektrisch entgegengesetzt aufgeladen. An der positiv geladenen Elektrode entstehen dann Hydroxyl-Radikale, an der negativ geladenen Fläche sprudelt Wasserstoff in das Wasser. "Damit die Schadstoffmoleküle effektiv abgebaut werden können, sollten sie möglicht fest an der Oxidoberfläche haften. Deshalb müssen wir für jedes Abwasser das am besten geeignete Elektrodenmaterial finden", erklärt Waidhas die Herausforderung. Auch ließe sich die Effizienz des Verfahrens noch durch die Wahl geeigneter Betriebsparameter steigern.
Doch nicht nur Elektrodenmaterial und Betriebsparameter, auch die Qualität des Abwassers muss stimmen, damit sich das Verfahren rechnet. Dabei gilt: Je stärker belastet das Wasser ist, desto besser. Denn dann bleiben mehr Teilchen an der Elektrodenoberfläche hängen und die Abbauquote je Kilowattstunde steigt.
Das Siemens-Verfahren ist deshalb vor allem für die hoch konzentrierten Abwässer der Textil-, Papier- und Pharmaindustrie geeignet. Die Konkurrenzmethode zur Elektrochemie ist die Abwasserbehandlung mit gasförmigem Ozon. Auch hier sorgen Hydroxyl-Radikale für den reinigenden Effekt. "Unsere elektrochemische Produktion der Radikale ist jedoch weniger energieaufwändig", nennt Waidhas einen Vorteil der Siemens-Methode. Darüber hinaus müsse man keinen Platz für einen Sauerstofftank reservieren, den die Ozonproduktion benötige, und die elektrochemischen Anlagen seien besonders einfach zu handhaben. "Eine Steckdose und eine Pumpe reichen aus, um sie zu betreiben", betont er.
Das neue Verfahren wird derzeit in einer Pilotanlage getestet, die in einer Stunde etwa 200 l Abwasser mit sehr schwer abbaubaren Substanzen reinigt. "Die Erfahrungen zeigen, dass das Verfahren industrietauglich sein könnte", berichtet Waidhas. Bis die Lösung letztlich auf den Markt kommt, sei allerdings noch viel Entwicklungsarbeit nötig.
Andrea Hoferichter