In die Natur eingebrachte Steroide bergen gesundheitliche Risiken. Forscher haben nun eine Methode entwickelt, wie sie im Trinkwasser nur mit dem Licht der Sonne unschädlich gemacht werden können.
Steroide sind für die menschliche Gesundheit absolut notwendig. "Die Steroide dienen ebenfalls als Membranbausteine, sind aber auch am Aufbau von Vitaminen und Hormonen beteiligt", beschreibt dies Springer-Vieweg-Autor Welf Wawers in seinem Buchkapitel Biologische Basisinformationen auf Seite 65.
Doch gelangen Steroide im Übermaß in die Natur, können sie dort direkt Schäden anrichten und über Umwege, etwa in Form von Hormonen wie Estron, Estradiol, Progesteron und Testosteron, auch die Gesundheit des Menschen beeinträchtigen. Gerade die Trinkwasserressourcen sind davon weltweit besonders betroffen.
Hormone werden einfach oxydiert
Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein neues chemisches Verfahren zur Elimination dieser Hormone entwickelt. Dabei wird die Photokatalyse genutzt und die Schadstoffe sicher oxydiert, so dass sie eben keine Schäden mehr anrichten können.
"Die Herausforderung für die Wissenschaft ist, sensiblere Methoden zu entwickeln, um die Hormon-Moleküle anzugreifen", sagt Professorin Andrea Iris Schäfer, Leiterin des Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) des KIT. Ein Problem dabei: Steroidhormone sind im Wasser sehr schwer nachweisbar. Auf eine Trillion Wassermoleküle kommt gerade mal ein Hormonmolekül.
Mit herkömmlichen Technologien der Wasseraufbereitung, so die Forscherin, könnten Kläranlagen die Mikroschadstoffe weder finden noch beseitigen. Als erfolgversprechend erwies sich jedoch ein neues, photokatalytisches Verfahren. Dabei werden handelsübliche großporige Polymermembrane mit Pd(II)-Porphyrin, einem palladiumhaltigen, lichtempfindlichen Molekül, beschichtet, das sichtbare Strahlen absorbieren kann.
Die Bestrahlung mit simuliertem Sonnenlicht setzt einen chemischen Prozess in Gang. Der wiederum lässt einen sogenannten Singulett-Sauerstoff entstehen, der gezielt die Hormon-Moleküle attackiert und oxydiert.
Andere Schadstoffe mit eliminieren
Dieser chemische Abbau sowie die Filtration anderer Mikroverunreinigungen können in einem Modul passieren. Das Verfahren ermöglicht das Filtern von 60 bis 600 Litern Wasser pro Quadratmeter Membran in einer Stunde. Die Konzentration von Estradiol etwa konnte dabei um 98 Prozent von 100 auf 2 Nanogramm pro Liter reduziert werden.
Das Forschungsteams will nun diesen Prozess weiter optimieren und in einen größeren Maßstab übertragen. Noch zu klärende Fragen dabei sind, welche Lichtintensität und wieviel Porphyrin es braucht und ob das teure Palladium durch andere Metalle ersetzt werden kann.
Die Arbeit der Forscher ist überaus praxisrelevant und wird im Gebiet der Wasserwirtschaft schon seit vielen Jahren praktiziert, wenn auch ausbaufähig. "Darüber hinaus können durch Kooperationen innerhalb von Forschungsinstitutionen sowie unter Wasserversorgungsunternehmen Synergien erzeugt werden, die dem Transfer von Wissen in praxistaugliche Anwendungen förderlich sind", benennt dies Springer-Autorin Irene Slavik in ihrem Zeitschriftenbeitrag Lösungsansätze für Klimawandel bedingte Herausforderungen in der Trinkwasserversorgung auf Seite 24.