Wenn Kläranlagen künftig auch Arzneimittelrückstände aus dem Abwasser fischen sollen, dann stehen dafür im Prinzip schon Technologien bereit. Etwa Aktivkohle-Filter, wie sie in vielen Wasserwerken zum Einsatz kommen. Oder die Behandlung des Abwassers mit Ozon. Optimal seien diese Verfahren jedoch nicht, sagt der Physiker Jürgen Hofinger.
Die Aktivkohle zum Beispiel:
"Da gehen wir davon aus, dass die Wirksamkeit doch nur relativ begrenzt ist."
Bei der sogenannten Ozonung wird mit Hochspannung gearbeitet und deshalb viel Energie verbraucht:
"Da gehen wir davon aus, dass die Kosten sehr, sehr hoch sind."
Hofinger ist Geschäftsführer der kleinen Firma Namos in Dresden. Sie entwickelt Katalysatoren. Und sie ist beim Forschungsvorhaben NanoPharm mit dabei, das von der Bundesregierung gefördert wird.
Der Physiker und andere Wissenschaftler in dem Projekt tüfteln derzeit an einer neuen Strategie, um unerwünschte Arzneimittel aus dem Abwasser zu eliminieren. Dabei bauen sie auf aggressive UV-Strahlung.
"UV-Strahlung ist in der Lage, Moleküle, Schadstoffmoleküle, selbst zu spalten. Und die Besonderheit in dem Projekt ist, dass wir diesen direkten Effekt der UV-Strahlung mit Photokatalyse kombinieren, um eine höhere Energieausbeute bei der Vernichtung dieser Schadstoffe, die in sehr geringen Konzentrationen im Wasser sind, zu bewerkstelligen."
Das UV-Licht wirkt also quasi doppelt. Es aktiviert zusätzlich einen Photokatalysator auf der Basis von Titandioxid:
"Photokatalyse ist, muss man dazu sagen, wirklich erstmal grundsätzlich ein sehr schwieriges Thema im Wasser. Wird praktisch eigentlich derzeit nicht eingesetzt. Da ist es uns tatsächlich gelungen bei den Katalysatoren, die wir bauen, durch spezielle Schichten den zwei- bis dreifachen Umsatz zu erzielen."
Hofinger und seine Kollegen testen das Ganze in Durchflussreaktoren, die allerdings noch recht klein sind ...
"Also, der nächste unmittelbare Schritt ist, dass wir eine Anlage bauen, die also schon so ausgelegt wird, dass sie dann aufskalierbar wäre für eine Kläranlage."
Die Kunst dabei wird sein, das Abwasser möglichst eng an den UV-Strahlern entlangzuführen. Denn die Strahlung wird im Wasser schnell abgeschwächt.
"Die Anlage wird zurzeit gebaut. Und dann wäre es erstmals möglich, dass man abschätzen kann, wie denn jetzt unsere Energiebilanz aussieht in Kombination eben mit der Klärleistung, die wir erreichen können."
Noch im Forschungsstadium ist eine Technologie, mit der das System weiter optimiert werden könnte. Dabei kommen sogenannte Aptamere zum Einsatz. Die Biochemikerin Christine Reinemann vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig:
"Das sind Rezeptoren auf Nukleinsäure-Basis. Wir arbeiten mit DNA-Aptameren, die sehr spezifisch - so ähnlich wie Antikörper – andere Stoffe erkennen und binden können. Die passen, nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, zu einem zu messenden Stoff. Und man kann sie auch sehr gut modifizieren. Dann kann man sie auf Oberflächen aufbringen, zum Beispiel auf katalytisch aktiven Oberflächen. Und deshalb sind sie hier im Projekt gelandet."
Reinemanns Arbeitsgruppe in Leipzig ist es gelungen, Aptamere herzustellen, die ganz spezifisch an zwei bestimmte Fluorochinolone binden. Das sind Antibiotika, die heute in unseren Gewässern auftauchen.
"Das heißt, man kann mit diesen Aptameren ganz gezielt Fluorochinolone binden und anreichern. Und sie damit in die Nähe des Photokatalysators bringen, damit der überhaupt seine Arbeit tun kann. Oder man bringt sie auf Filtermaterialien auf. Und schaltet diesen Filter vor."
Die Technologie sei vielversprechend, sagt Namos-Geschäftsführer Jürgen Hofinger. Schon bald könne sie für Kläranlagen interessant werden. Und zwar dann, wenn die Gewässerschutzverordnung wie erwartet verschärft wird. Und Klärwerke sich auch um Arzneimittelrückstände im Abwasser kümmern müssen...
"Das braucht noch ein paar Jahre. Allerdings stoßen wir da auf sehr offene Ohren. Also, die Klärwerke wissen, dass das auf sie zukommt. Sie finden's wahnsinnig spannend. Und sie hoffen, dass wir eine gute Lösung für sie finden."
Die Aktivkohle zum Beispiel:
"Da gehen wir davon aus, dass die Wirksamkeit doch nur relativ begrenzt ist."
Bei der sogenannten Ozonung wird mit Hochspannung gearbeitet und deshalb viel Energie verbraucht:
"Da gehen wir davon aus, dass die Kosten sehr, sehr hoch sind."
Hofinger ist Geschäftsführer der kleinen Firma Namos in Dresden. Sie entwickelt Katalysatoren. Und sie ist beim Forschungsvorhaben NanoPharm mit dabei, das von der Bundesregierung gefördert wird.
Der Physiker und andere Wissenschaftler in dem Projekt tüfteln derzeit an einer neuen Strategie, um unerwünschte Arzneimittel aus dem Abwasser zu eliminieren. Dabei bauen sie auf aggressive UV-Strahlung.
"UV-Strahlung ist in der Lage, Moleküle, Schadstoffmoleküle, selbst zu spalten. Und die Besonderheit in dem Projekt ist, dass wir diesen direkten Effekt der UV-Strahlung mit Photokatalyse kombinieren, um eine höhere Energieausbeute bei der Vernichtung dieser Schadstoffe, die in sehr geringen Konzentrationen im Wasser sind, zu bewerkstelligen."
Das UV-Licht wirkt also quasi doppelt. Es aktiviert zusätzlich einen Photokatalysator auf der Basis von Titandioxid:
"Photokatalyse ist, muss man dazu sagen, wirklich erstmal grundsätzlich ein sehr schwieriges Thema im Wasser. Wird praktisch eigentlich derzeit nicht eingesetzt. Da ist es uns tatsächlich gelungen bei den Katalysatoren, die wir bauen, durch spezielle Schichten den zwei- bis dreifachen Umsatz zu erzielen."
Hofinger und seine Kollegen testen das Ganze in Durchflussreaktoren, die allerdings noch recht klein sind ...
"Also, der nächste unmittelbare Schritt ist, dass wir eine Anlage bauen, die also schon so ausgelegt wird, dass sie dann aufskalierbar wäre für eine Kläranlage."
Die Kunst dabei wird sein, das Abwasser möglichst eng an den UV-Strahlern entlangzuführen. Denn die Strahlung wird im Wasser schnell abgeschwächt.
"Die Anlage wird zurzeit gebaut. Und dann wäre es erstmals möglich, dass man abschätzen kann, wie denn jetzt unsere Energiebilanz aussieht in Kombination eben mit der Klärleistung, die wir erreichen können."
Noch im Forschungsstadium ist eine Technologie, mit der das System weiter optimiert werden könnte. Dabei kommen sogenannte Aptamere zum Einsatz. Die Biochemikerin Christine Reinemann vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig:
"Das sind Rezeptoren auf Nukleinsäure-Basis. Wir arbeiten mit DNA-Aptameren, die sehr spezifisch - so ähnlich wie Antikörper – andere Stoffe erkennen und binden können. Die passen, nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, zu einem zu messenden Stoff. Und man kann sie auch sehr gut modifizieren. Dann kann man sie auf Oberflächen aufbringen, zum Beispiel auf katalytisch aktiven Oberflächen. Und deshalb sind sie hier im Projekt gelandet."
Reinemanns Arbeitsgruppe in Leipzig ist es gelungen, Aptamere herzustellen, die ganz spezifisch an zwei bestimmte Fluorochinolone binden. Das sind Antibiotika, die heute in unseren Gewässern auftauchen.
"Das heißt, man kann mit diesen Aptameren ganz gezielt Fluorochinolone binden und anreichern. Und sie damit in die Nähe des Photokatalysators bringen, damit der überhaupt seine Arbeit tun kann. Oder man bringt sie auf Filtermaterialien auf. Und schaltet diesen Filter vor."
Die Technologie sei vielversprechend, sagt Namos-Geschäftsführer Jürgen Hofinger. Schon bald könne sie für Kläranlagen interessant werden. Und zwar dann, wenn die Gewässerschutzverordnung wie erwartet verschärft wird. Und Klärwerke sich auch um Arzneimittelrückstände im Abwasser kümmern müssen...
"Das braucht noch ein paar Jahre. Allerdings stoßen wir da auf sehr offene Ohren. Also, die Klärwerke wissen, dass das auf sie zukommt. Sie finden's wahnsinnig spannend. Und sie hoffen, dass wir eine gute Lösung für sie finden."