Eine Fällung von Metallen ohne Zugabe von Chemikalien ist das Thema im Forschungsverbundprojekt NERA, das aktuell aufgrund der derzeitigen Fällmittelknappheit anders als gedacht noch mehr in den Fokus gerückt ist.
Die Fällung der Metalle erfolgt im elektrochemischen Reaktor nur auf Basis von elektrischer Energie. Bisher war ein solcher Ansatz technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll, weil der Stromverbrauch und damit die Kosten zu hoch waren. Insbesondere die Abscheidung von Metallfällungsprodukten an den Elektroden konnten kaum verhindert werden und führten zu hohen elektrischen Zusatzwiderständen.
Inzwischen konnte der Energiebedarf für die Fällung der Schwermetalle deutlich reduziert werden von bisher 8,5 kWh/m3 Abwasser auf ca. 1,5 kWh/m3. Damit kann der im Projekt verfolgte Ansatz der chemikalienfreien Fällung eine wirtschaftliche Alternative werden, ganz abgesehen von dem Vorteil, unabhängig von Chemikalienlieferungen zu sein. Der Strombedarf ist dabei so gering, dass relativ kleine Photovoltaikanlagen vergleichbar mit Einfamilienhäusern auch für die Aufbereitung größerer Abwassermengen der Metallindustrie ausreichen.
Unterstützt wird eine mögliche Praxisumsetzung dieses Ansatzes durch die Vermeidung einer Abwasseraufsalzung, was eine membranbasierte Prozesswasserrückgewinnung z.B. durch Umkehrosmose aus dem aufbereiteten Abwasser erheblich erleichtert.
Erreicht wurde diese deutliche Energieeinsparung durch material-, reaktor- und strömungstechnische Entwicklungen durch eine enge und u.a. auch cloudbasierte Zusammenarbeit aller Projektpartner. Den Hauptbeitrag für das neue Konzept lieferte das neue Kathodenmaterial. Hierfür wurde eine optimale Mischung eines Graphit-Compound-Materials entwickelt, wodurch eine stoffliche Verbindung von Elektrode und Fällungsprodukten vermieden wird. Zwar haftet noch ein sehr geringer Anteil an Fällungsprodukten an der Kathode, doch lassen sich diese sehr leicht von der Oberfläche abwischen (siehe Abbildung 1). In der Praxis würde demnach ein einfacher Gummiwischer ausreichen.
Abbildung 1 (oben): Ablagerungen auf der entwickelten Kathode, feucht sehr leicht zu entfernen (Quelle: CUTEC).
Insgesamt wurde durch die Entwicklungen sowohl eine kleinere Spannung als auch eine geringere Stromdichte erforderlich, so dass der Energiebedarf für die Abwasserbehandlung deutlich gesenkt wurde.
