Liegt die Konzentration an Nitrat, Natrium oder Chlorid im Grund- und Oberflächenwasser über dem Grenzwert der Trinkwasserverordnung, wird meist eine Vollentsalzung mit anschließender Remineralisierung durchgeführt. Dass auch eine selektive Entsalzung möglich ist und viele Vorteile mit sich bringt, zeigt das vom BMBF geförderte Verbundprojekt innovatION. In diesem Projekt forschen acht Partner zusammen an einem selektiven Entsalzungsverfahren für einwertige Ionen. Hierbei werden selektive Membranen in die Kapazitive Deionisation eingesetzt, die es ermöglichen, dass mehrwertige Ionen, wie Calcium und Magnesium im Produktwasser verbleiben.
Durch den Einsatz der selektiven Membranen von der FUMATECH BWT GmbH und der Forschungsgruppe Polymere Membranwerkstoffe am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. sowie durch die Optimierung der Prozessparameter ist es gelungen eine bis zu 10-fach höhere Entfernung von einwertigen Ionen im Vergleich von zweiwertigen Ionen zu erhalten. Das ist weltweit einzigartig! Durch die Experimente mit der Laborversuchsanlage an der Professur Verfahrenstechnik in Hydrosystemen der Technischen Universität Dresden kann hierbei genau untersucht werden, welche Membranmaterialien und welche Prozesseinstellungen für die selektive Entsalzung geeignet sind. Die Ergebnisse der Experimente und Simulationen werden auf der 13thESEE2023 in Toulouse und auf der 10thIWA-MTC Konferenz in St. Louis vorgestellt.
Die monovalente-Ionen-selektive Membrankapazitive Deionisation (mMCDI) kann somit bei Wasserversorgern wie dem Oldenburgisch-Ostfriesischer Wasserverband zur selektiven Entfernung von Natriumchlorid oder beim Kreisverband für Wasserwirtschaft Nienburg zur Nitratentfernung eingesetzt werden. Die Auswertung des Online-Workshops „Anforderungen an die selektive Entsalzung in der Praxis“ zeigt, dass innovative Entsalzungsprozesse wie die mMCDI von innovatION zur zukünftigen Sicherstellung des Trinkwasserdargebots beitragen und somit eine wichtige Schlüsselfunktion für zukünftige Nutzungskonflikte darstellen.
Die Ergebnisse der AG Hydrogeologie und Landschaftswasserhaushalt der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg zeigen, dass das selektiv entsalzte Wasser im Vergleich zum vollentsalztem Wasser besser für eine Grundwasseranreicherung eignet ist, da ungewünschte Mobilisierungseffekte, wie die von Arsen, deutlich reduziert werden können. Die Grundwasseranreicherung mit dem teilentsalzten Wasser kann unter anderem in Küstenregionen zur Stabilisierung des Grundwasserhaushalts, für eine nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung und zum Entgegenwirken der Salzwasserintrusion eingesetzt werden. Diese und weitere Ergebnisse wurden auf der EGU23 in Wien vorgestellt.
Im Sommer wird die Pilotanlage von der DEUKUM GmbH und elkoplan staiger GmbH auf Langeoog beim Oldenburgisch-Ostfriesischer Wasserverband aufgebaut, um das innovative Verfahren unter realen Bedingungen zu testen. Hierbei wird auch untersucht, in wieweit Scaling und Fouling den selektiven Entsalzungsprozess beeinflusst. Außerdem wird an einem stabilen, wartungsarmen und einem energieeffizienten Prozessablauf gearbeitet.
Zusätzlich arbeitet die Professur für BWL, insb. Nachhaltigkeitsmanagement und Betriebliche Umweltökonomie der Technischen Universität Dresden an der nachhaltigen Bewertung des Verfahrens. Dabei wird nicht nur der Entsalzungsprozess, sondern auch die verschiedenen Stoffströme beim Herstellungsprozess oder bei der Reinigung der Entsalzungsanlage bewertet.
Bei dem Projekttreffen von innovatION im Mai 2023 bei der FUMATECH BWT GmbH wurden die Ergebnisse der Teilprojekte vorgestellt. Die Unternehmensvorstellung sowie die anschließende Werksführung der FUMATECH BWT GmbH zeigt das hohe wirtschaftliche Potential der Produktion von innovativen Ionenaustauschermembranen in Deutschland. Die Ionenautauschermembranen aus Bietigheim-Bissingen werden weltweit für verschiedene elektrochemische Verfahren, u.a. für die Wasserstofferzeugung und -speicherung, Batterieherstellung sowie zur CO2-Speicherung und -Nutzung eingesetzt. Monovalente-Ionen-selektive Verfahren wie die von innovatION können hierbei nicht nur bei der Wasseraufbereitung, sondern auch zukünftig bei der Wertstoffrückgewinnung wie z.B. von Lithium eine entscheidende Rolle spielen.
Abbildung 1: Projektpartner von innovatION und Herr Dr. Schwegmann vom Projektträger Karlsruhe (v. l.) beim Projekttreffen bei der FUMATECH BWT GmbH in Bietigheim-Bissingen am 24.5.23 (Quelle: A. Lerch, TU Dresden)
Ankündigungen / Anstehende Veranstaltungen
- 10th International Water Association (IWA) Membrane Technology Conference & Exhibition for Water and Wastewater Treatment and Reuse (Vortrag von innovatION)
- 13th European Symposium on Electrochemical Engineering (Vortrag von innovatION)
- 27th Salt Water Intrusion Meeting
- Aachener Tagung Wassertechnologie (2 Vorträge von innovatION)
- Membrane Desalination 2023 (MEMDES2023) in Sitges, Spanien
