Der afrikanische Kontinent erlebt ein stetiges Bevölkerungswachstum. Das bringt Probleme bei der Bereitstellung von sauberem Wasser und ausreichender Energie. Eine vielversprechende Lösung könnte die Membrantechnologie bieten.
Prof. Dr. Michael Eisinger (ZWU-Geschäftsführer) (l.) und Hasan Idrees (Mitarbeiter am Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik/Wassertechnik) (M.) beim Besuch einer Trinkwasseraufbereitungsanlage in Ghana.
KNUST/Ghana
Im internationalen Projekt "WE-Africa, Membrane Knowledge Hub" arbeiten Forschende und Partner aus der Wirtschaft zusammen, um eine Hochschul-Industrie-Plattform für nachhaltiges Wasser- und Energiemanagement in Afrika zu etablieren. Das Projekt wird von der Universität Duisburg-Essen (UDE) geleitet und koordiniert und erhält eine Förderung durch den Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) in Höhe von fast 800.000 Euro für eine Laufzeit von vier Jahren.
Membrantechnologie unersetzlich
Die Membrantechnologie nimmt weltweit eine zentrale Rolle beim nachhaltigen Wasser- und Energiemanagement ein. Sie ist nicht nur essenziell für Brennstoffzellen, in denen sie Wasserstoff effizient in Elektrizität umwandelt, sondern dient auch zur Filtration von Schadstoffen aus Abwässern.
Auch deswegen hat sie sich in den letzten Jahrzehnten zu einer der wichtigsten Methoden zur Wasseraufbereitung entwickelt. Sie bietet eine effiziente Möglichkeit, Verunreinigungen aus Wasser zu entfernen und so die Qualität von Trink- und Prozesswasser erheblich zu verbessern.
Die Membrantechnologie basiert auf dem Prinzip der Filtration durch halbdurchlässige Membranen. Diese Membranen lassen bestimmte Moleküle passieren, während größere Partikel, Mikroorganismen und Schadstoffe zurückgehalten werden. Die Trennung erfolgt durch verschiedene Mechanismen wie Siebeffekte, Adsorption oder Diffusion. Je nach Porengröße der Membranen unterscheidet man vier Hauptarten der Membranfiltration:
- Mikrofiltration (MF): Entfernt Partikel, Bakterien und Schwebstoffe, typischerweise mit einer Porengröße von 0,1 bis 1 Mikrometer.
- Ultrafiltration (UF): Filtert Viren, Proteine und größere organische Moleküle mit einer Porengröße von 0,01 bis 0,1 Mikrometer.
- Nanofiltration (NF): Reduziert Härtebildner und organische Verbindungen, während kleinere Moleküle wie Salze teilweise durchgelassen werden.
- Umkehrosmose (RO): Entfernt nahezu alle gelösten Stoffe, einschließlich Salze, Schwermetalle und organische Schadstoffe, mit einer Porengröße von weniger als 0,001 Mikrometer.
Membrantechnologien finden in zahlreichen Bereichen Anwendung, darunter in der Trinkwasseraufbereitung zur Entfernung von Keimen, Schwermetallen und anderen Verunreinigungen oder in der Abwasserbehandlung zur Reinigung von Industrie- und Haushaltsabwässern zur Wiederverwendung oder umweltgerechten Entsorgung. Auch für die Meerwasserentsalzung wird die Technologie genutzt.
Viele Vorteile
Die Vorteile liegen in der hohen Filtrationsleistung und der Umweltfreundlichkeit, da sie den Einsatz von Chemikalien zur Wasseraufbereitung verringert. Insbesondere im Vergleich zu thermischen Verfahren wie Destillation oder Verdampfung ist sie deutlich energieeffizienter und durch die kompakte Bauweise auch platzsparender. Zudem ist sie von kleinen Haushaltsanlagen bis hin zu großtechnischen Industrieanlagen einsetzbar, also gut skalierbar.
Hinderlich etwa sind das Fouling, also die Verschmutzung der Membranen, hohe Anschaffungskosten und ein hoher Energieaufwand insbesondere bei der Umkehrosmose. Fortschritte in der Materialforschung, beispielsweise durch Entwicklung von Nanomembranen oder selbstreinigenden Membranen, tragen jedoch dazu bei, diese Probleme zu minimieren. Zudem wird an energieeffizienteren Verfahren gearbeitet, um die Technologie noch nachhaltiger und wirtschaftlicher zu gestalten.
Partner in Ägypten, Ghana und Marokko
Das Zentrum für Wasser- und Umweltforschung (ZWU) der UDE koordiniert auch wegen dieser gerade für den afrikanischen Raum wichtigen Vorteile das Projekt mit Partneruniversitäten in Ägypten, Ghana und Marokko. Entstehen soll ein "Membrane Technology Knowledge Hub". Dort werden Studierenden und Fachkräften Online-Kurse zur Membrantechnik im Wasser- und Energiemanagement angeboten.
Gleichzeitig können Studierende durch Praktika in Unternehmen wertvolle praktische Erfahrungen sammeln. In Intensivkursen zum Unternehmertum lernen sie zudem, wie aus innovativen Ideen tragfähige Geschäftsmodelle entwickelt und in den lokalen Markt integriert werden können.
"Wir unterstützen mit dem Projekt den Wissensaustausch, den Aufbau von Kapazitäten und den Technologietransfer", betont Projektleiter Stefan Panglisch, Professor für Mechanische Verfahrenstechnik/Wassertechnik an der UDE. "Damit leisten wir einen wichtigen Beitrag zur sozioökonomischen Entwicklung und zum Umweltschutz in Afrika."