Begehrter US-Umweltpreis für eine Thüringer Partnerschaft

Die Filterung und Aufbereitung von Wasser wird weltweit immer bedeutender. Mit porösen Membranen können, abhängig von der Porengröße, beispielsweise Mikroorganismen, gelöste organische Bestandteile oder Salze aus Abwässern abgetrennt werden, energiesparend und ganz ohne zusätzliche Chemikalien.

Dem Fraunhofer IKTS gelang nun die Entwicklung der weltweit ersten Nanofiltrationsmembran aus Keramik mit einer Porengröße von unter 1 nm. Gemeinsam mit der inopor GmbH wurde die Fertigung im industriellen Maßstab aufgebaut und bereits zahlreiche Applikationen realisiert.

Die Innovation

Die neue Qualität des Ansatzes liegt in der einzigartigen Verbindung von Nanotechnologie und Umwelttechnik. Mit der Sol-Gel-Technik setzte das Team auf eine gut bekannte Methode der Präparation von Nanopulvern und Nanoschichten. Mit ihr werden bereits Hartstoffbeschichtungen, »Easy-to-Clean«- oder »Antifogging«-Schichten industriell hergestellt.

Den Preisträgern gelang nun die Weiterentwicklung der Sol-Gel-Technik und ihre erfolgreiche Anwendung zur Abscheidung definiert poröser, sehr dünner aber dennoch defektfreier Schichten auf porösen keramischen Trägern. Die Dicke der keramischen Nanofiltrationsmembranen beträgt dabei nur 50 Nanometer – also ein Tausendstel eines menschlichen Haares – bei einer Porengröße von kleiner als 1 Nanometer.

Darüber hinaus verfügt die Membran über eine außerordentlich hohe Mikroporosität von etwa 30 % und gewährleistet somit, dass 100 bis 200 Liter Wasser pro Quadratmeter und Stunde die Trennschicht passieren können. Dieses hervorragende Ergebnis wurde durch die Optimierung der Membranzusammensetzung erreicht, die aus Titaniumoxid und Zirkoniumoxid besteht. Somit lassen sich nicht nur gelöste organische Bestandteile sondern auch technische Salze aus dem Wasser entfernen.

Trotz der kleinen Poren und hohen Mikroporosität sind die keramischen Membranen stabil in Säuren und Laugen und zeichnen sich durch eine sehr lange Lebensdauer von mehr als zehn Jahren aus. Keramische Nanofiltrationsmembranen ermöglichen u. a. eine produktionsintegrierte Abwasserreinigung.

Da Keramiken beständig gegen Hitze sind, können auch heiße Abwässer – wie in der Textilindustrie – gereinigt in Produktionskreisläufe zurückgeführt werden. Durch die deutliche Verfeinerung der Porengrößen werden nun auch die Trennung von Produkten in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, die Entsalzung und Aufbereitung von Trinkwasser oder die effiziente Abwasserreinigung im Umfeld der Öl- und Gasgewinnung möglich.

Der Preis

Der ACers Corporate Environmental Achievement Award 2015 wird jährlich im Rahmen der ACerS-Jahrestagung verliehen. Frühere Preisträger waren u. a. namhafte Firmen wie Osram, Toyota, Unifrax und Schott. »Der Preis hat einen enormen Stellenwert in der Fachwelt und erfüllt uns mit Stolz. Diese Auszeichnung ist eine große Anerkennung für die jahrelange gemeinsame Forschung und Entwicklung von inopor und dem Fraunhofer IKTS und zugleich Ansporn, an diesem Thema weiterzuarbeiten«, sagt Dr. Ingolf Voigt, Leiter des Fraunhofer IKTS am Standort Hermsdorf.

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwendungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut Europas. Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaßstab. Die Entwicklung von keramischen Membranen für die Flüssigfiltration sowie die Gastrennung einschließlich Membranverfahrenstechnik gehören zu den Kernkompetenzen des IKTS am Standort Hermsdorf.

Die inopor GmbH ist eine 100%ige Tochtergesellschaft der Firma Rauschert. Rauschert ist ein deutsches Familienunternehmen mit über 110 Jahren Erfahrung in der Herstellung von Hochleistungskeramik. Das Unternehmen beschäftigt 1200 Mitarbeiter in 12 Ländern. Im Jahr 2009 erweitere Rauschert erfolgreich seine Unternehmensausrichtung auf erneuerbare Energien und dezentrale Energiesysteme mit einem klaren Fokus auf Industriekunden. Die inopor GmbH wurde gegründet, um die Herstellung keramischer Nanofiltrationsmembranen, die gemeinsam mit dem Fraunhofer IKTS entwickelt wurden, im industriellen Maßstab voranzutreiben.