Vom Problem bis zur Lösung: Wasser 3.0 erforscht, wie Mikroplastik filterfrei aus dem Wasser entfernt werden kann
15.12.2021
Kunststoff ist ein wichtiger Rohstoff, der für viele Produkte unersetzlich ist. Mit viel Kunststoff, der nach Gebrauch entsorgt wird, geht allerdings auch Mikroplastik einher. Am Ende eines Zersetzungskreislaufs landet es erst in der Umwelt und dann wieder bei uns: Laut einer Studie der University of Newcastle können kleinste Partikel Mikroplastik über das Trinkwasser oder bestimmte Nahrungsmittel in unseren Körper gelangen.
Daher ist es wichtig, der Verbreitung von Mikroplastik in der Umwelt entgegenzuwirken. Das ist auch das Ziel des Unternehmens Wasser 3.0: Gründerin Dr. Katrin Schuhen erläutert im Interview, wie das Unternehmen mit seinem Projekt "4. Reinigungsstufe plus" erforscht, wie groß das Ausmaß von Mikroplastik in kommunalen Kläranlagen tatsächlich ist. Eine Möglichkeit zur Entfernung liefert das Unternehmen direkt mit.
Dr. Schuhen, was erforschen Sie im Projekt "4. Reinigungsstufe plus"?
Dr. Katrin Schuhen: Während bereits in einigen Kläranlagen eine vierte Reinigungsstufe zur Entfernung von Mikroschadstoffen wie Medikamente, Pestizide oder PFAS betrieben wird, ist das Thema Mikroplastik weder gesetzlich geregelt noch auf der Tagesordnung für die Abwasserreinigung beziehungsweise den Gewässerschutz angekommen. Nichtsdestotrotz wissen wir bereits heute, dass die kommunalen Kläranlagen erheblichen Belastungen durch Mikroplastik ausgesetzt sind.
Mit unserer zwölfmonatigen Langzeitstudie auf der kommunalen Kläranlage Landau-Mörlheim nehmen wir uns erstmals beider Schadstoffklassen an: den gelösten organisch-chemischen Verunreinigungen, zu denen Mikroschadstoffe gehören, und den partikulären kunststoffhaltigen Schadstofffrachten. Letztere sind mit Größen kleiner 5 Millimeter bekannt unter dem Begriff Mikroplastik. Zur gleichzeitigen Entfernung von Mikroschadstoffen und Mikroplastik aus dem Abwasser setzen wir unser Verfahren Wasser 3.0 PE-X® ein.
Außerdem bringen wir unser neues Detektionsverfahren für die kontinuierliche Aufzeichnung der Wasserbelastungen mit Mikroplastik zum Einsatz. Zusammen mit den Daten aus der Überwachung der Mikroschadstoffe können wir so unsere Entfernungstechnologie kontinuierlich adaptieren und optimieren. Außerdem erhalten wir damit einen wichtigen Datensatz hinsichtlich der Mikroplastik-Belastungen einer kommunalen Kläranlage. Aufgrund nicht vorhandener Analysestandards herrschen in diesem Bereich bislang große Wissens- und Datenlücken. Diese zu schließen ist eines unserer Ziele.
Kurz gesagt: Wir untersuchen das tatsächliche Ausmaß eines Problems mit unserer Detektion und liefern mit unserer Entfernungstechnologie die Lösung gleich mit.
Welche Technik kommt dabei zum Einsatz und wie funktioniert sie?
Schuhen: Bei Wasser 3.0 arbeiten wir mit drei chemischen Konzepten, basierend auf den Prinzipien der Green Chemistry, um anorganisch-chemische, organisch-chemische und Mikroplastik-Verunreinigungen aus Wässern zu entfernen. Das Ziel für uns ist immer, null Schadstoffe im Wasser zu erreichen. Daher stammt auch unser Name Wasser 3.0.
Unser Verfahren für Mikroplastik funktioniert nach dem Prinzip von "Clump and Skim": Gesundheitlich völlig unbedenkliche Hybridkieselgele werden dem verschmutzten Wasser in einem einfachen Verfahren zugegeben. Durch Umrühren verklumpen die Hybridkieselgele mit dem Mikroplastik und Mikroschadstoffen zu popcornartigen Agglomeraten. Diese schwimmen an die Wasseroberfläche und werden dort filterfrei mit einem Skimmer abgetrennt. Für große Agglomerate können auch grobporige Filter eingesetzt werden.
Die Anpassungsfähigkeit der Hybridkieselgele ist der Schlüssel zum Erfolg unseres Verfahrens. Durch ihre individuelle Adaption schaffen wir passgenaue Lösungen für unterschiedlichste Belastungsarten und Wasserzusammensetzungen. Unsere Eliminationsraten für Mikroplastik liegen reproduzierbar bei 95 Prozent und darüber. Für Mikroschadstoffe folgen wir den Vorgaben der Nationalen Wasserstrategie, die Entfernungseffizienzen für Mikroschadstoffe aus Abwässern kommunaler Kläranlagen von mindestens 80 Prozent vorsieht.
Wasser 3.0 PE-X® erweist sich nicht nur in kommunalem Abwasser, sondern auch in industriellen Prozessen, Oberflächengewässern und Meerwasser-nutzenden Systemen, wie zum Beispiel Meerwasserentsalzung oder Meersalzgewinnung, als sinnstiftende und mehrwert-generierende Anwendung. Gerade in industriellen Prozessen schaffen wir durch die Implementierung einen unmittelbaren Stopp der Mikroplastik-Einträge in den Wasserkreislauf. Wir schließen an dieser Stelle nicht nur Kreisläufe im Sinne einer kreislaufwirtschaftlichen Prozessführung, sondern liefern gleichzeitig durch ein nachhaltiges Prozessdesign wirtschaftliche Lösungen zum Umweltschutz.
Aussteller und Produkte rund um Forschung und Wissenschaft:
Welche Erkenntnisse konnten Sie bis jetzt gewinnen?
Schuhen: Im Rahmen unseres Projekts beproben wir seit Juni kontinuierlich die Mikroplastik- wie auch die Mikroschadstoff-Konzentrationen an unterschiedlichen Stellen der Reinigungsstufen. Derzeit erfolgt die Auswertung der vielfältigen Prozessdaten. Durch die Mikroplastik-Entfernung im Reinigungsprozess konnten in den ersten Versuchsreihen Entfernungseffizienzen von 95 Prozent für Mikroplastik erreicht werden. Diese Werte bestätigen die Ergebnisse aus vorherigen Untersuchungen unseres Verfahrens.
An dieser Stelle ist nochmals zu erwähnen: Mikroplastik wird entgegen vielen Behauptungen nicht vollständig über den Klärschlamm aus dem Wasser entfernt und danach zusammen mit dem Klärschlamm verbrannt. Es sind nach wie vor immense Partikelfrachten, die ungehindert die Klärstufen passieren und Mikroplastik in die Umwelt eintragen. Dies bestätigen auch die ersten Werte aus der Langzeitstudie. Demnach sind Kläranlagen einerseits zwar in der Lage Mikroplastik zu entfernen, aber sie sind auch ein Emittent. Dessen sollte man sich immer im Klaren sein, wenn es darum geht, enkelkindertaugliche Lösungen zu implementieren.
Was denken Sie, welchen Einfluss Ihre Forschungsergebnisse auf den zukünftigen Umgang mit Mikroplastik haben werden?
Schuhen: Mikroplastik als Umweltproblem und Gesundheitsrisiko ist ein gesellschaftlich heiß diskutiertes Thema. Bei einem solch wichtigen Thema wie Wasserreinigung und den damit einhergehenden Effekten auf Biodiversität, Klimawandel und Gesundheit der Menschen müssen wir meiner Meinung nach schneller von der reinen Problembeschreibung ins proaktive und vorausschauende Handeln kommen. Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse über verfügbare Handlungsoptionen für die Detektion und Entfernung von Mikroplastik das Thema auf der politischen Prioritätenliste pushen und dem ganzen Thema noch mehr Sichtbarkeit und Handlungsschnelligkeit verleihen.
Der Abschluss der erfolgreichen Evaluierung unseres Detektionsverfahrens für die kontinuierliche Prozesskontrolle ist ein Quantensprung für Mikroplastik, weil es deutlich schneller und kostengünstiger gegenüber herkömmlichen Detektionsmethoden ist. Es würde sich insgesamt für die Standardisierung in der Datenerhebung von Mikroplastik-Belastungen in Wasser anbieten beziehungsweise diese unterstützen. Eine solche Standardisierung hätte weitreichende Konsequenzen für die politische Diskussion um Grenzwerte und deren Einführung. Mikroplastik muss mit dem Willen zur und der Aussicht auf Lösung auf der politischen Agenda schneller in der Priorität nach oben wandern.
Außerdem erhoffen wir uns ein Überdenken der thermischen Verwertung des Klärschlamms. Aufgrund der derzeit hohen Schadstoffbelastungen im Klärschlamm erscheint diese gegenüber der Austragung als Dünger umwelt- und gesundheitsschonender. Hier geht in meinen Augen eine wertvolle Ressource verloren. Wenn sich die Ergebnisse unserer Entfernungsraten weiter bestätigen, ermöglichen wir die Mikroplastik- und Mikroschadstoffentfrachtung bei gleichzeitigem Schutz des Klärschlamms. Damit könnten wiederum Nutzungsoptionen entstehen
Was sind die Schwerpunkte Ihrer Arbeit? Welche Ziele verfolgen Sie mit Ihrer Arbeit und Forschung in den kommenden Jahren?
Schuhen: Der Schwerpunkt unserer Arbeit ist unsere Strategie detect | remove | reuse für den ganzheitlichen Umgang mit Mikroplastik und Mikroschadstoffen im Wasser. Wir agieren in einem gemeinwohlorientierten Rahmen in den Bereichen Forschung, Bildung und Kommunikation sowie Technologie-Entwicklung.
Die 4. Reinigungsstufe plus auf kommunalen Kläranlagen ist für uns ein Meilenstein und ein großer Hebel für Wasser ohne Mikroplastik und Mikroschadstoffe. Ein weiterer Meilenstein ist es, zu verhindern, dass überhaupt so viel Mikroplastik und Mikroschadstoffe in den Wasserkreislauf gelangen und in kommunalen Kläranlagen aus dem Abwasser entfernt werden müssen. Wir arbeiten daher momentan in Leuchtturm-Projekten in unterschiedlichen Industrien, die Mikroplastik-belastete Prozess- und Abwässer aufweisen. In Forschungs-basierten Machbarkeitsstudien adaptieren wir unser Verfahren Wasser 3.0 PE-X®, evaluieren weiter unser Detektionsverfahren und die Möglichkeiten der Weiterverwendung der vermeintlichen Abfallprodukte.
Forschung ist im Bereich Mikroplastik und Mikroschadstoffe in den kommenden Jahren enorm wichtig. Wir brauchen nicht nur neue Technologien, die an Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft ausgerichtet sind, sondern dringend eine bessere, vergleichbare Datenbasis, um seitens der Politik und Industrie handlungsfähiger zu werden.
Der Schlüssel liegt in der anwendungsorientierten Forschung, die in Richtung Innovationstransfer, Bildung und Aufklärung ausstrahlt. All diese Bereiche decken wir bei Wasser 3.0 ab. Nicht zuletzt, weil Wasser ohne Mikroplastik und Mikroschadstoffe nicht nur eine Lösung, sondern viele Lösungen braucht: Seitens Politik, Industrie, Wissenschaft und Zivilgesellschaft; seitens lokaler und internationaler Akteure und Akteurinnen; seitens Einzelner und Vieler.