KeraMOL – Kostengünstige Keramikmembranen für die Trinkwasserversorgung

Flussmühle für Trinkwasser

Im Rahmen des BMWK-Projekts KeraMOL sollen mobile Trinkwasseraufbereitungsanlagen zukünftig kleine bzw. abgelegene Orte in Asien, Afrika und Mittelamerika bedarfsgerecht aus filtrierten Oberflächenwassern versorgen. Zum Einsatz kommt dabei das Konzept einer Flussmühle: Die Anlage schwimmt auf dem Wasser und die Energie für die Wasserbehandlung und -förderung wird dem Fluss entnommen. Das System soll dabei eine lange Standzeit der eingesetzten Filter garantieren und weitestgehend auf Elektronik und Chemie verzichten. Um diese Vorgaben zu erfüllen, wurden kostengünstig produzierte Keramikmembranen und ein Mineral-Metall-Katalysator (MOL^®LIK-Katalysator), welcher Scaling- und Fouling-Effekte minimieren soll, kombiniert.

Ziel: Reduzierung von Material- und Energiekosten

Das Fraunhofer IKTS bearbeitet im Projekt KeraMOL die Trägerentwicklung und Synthese keramischer Filterelemente. Bisherige Entwicklungen zielten zumeist auf besonders hohe chemische und thermische Stabilität ab, was höhere Stückkosten zur Folge hat. Für die aktuelle Anwendung mussten Material- als auch Energiekosten gesenkt werden. Die Kosten für Trägerrohre (Supporte) ergeben sich dabei hauptsächlich aus den Rohstoffund Sinterkosten. Hier wurde bei der Neuentwicklung direkt angesetzt. Dabei wurde nicht außer Acht gelassen, dass sich zukünftige Elemente auch für die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration nutzen lassen sollten.

Entwicklungsschritte

Zu Beginn der Arbeiten erfolgte die Trägerrohrentwicklung auf Basis einer Einkanal-Rohrgeometrie (DA/DI = 10/7 mm). Nach erfolgreicher Entwicklung eines niedrigsinternden, beschichtbaren Trägers mit geeigneter Porosität und hoher Festigkeit, wurde das Upscaling unter Zuhilfenahme der besten Rezepturen (Versatzwahl) durchgeführt. Hierfür wurde eine 19-Kanalgeometrie, eine industrierelevante Größe für Filtrationsrohre, ausgewählt (Außendurchmesser 25 mm, Kanaldurchmesser 3,5 mm). Durch sukzessive Entwicklungsschritte und angepasste Sinterhilfsmittel konnte schließlich, trotz Senkung der Brenntemperatur von 1700 °C auf 1430 °C, eine geeignete Oberflächenstruktur für die Membransynthese erreicht werden. Die offene Porosität liegt dabei bei ca. 30 % und die mittlere Porengröße (d₅₀) bei 3 μm. Auf die Trägerrohre wurde zudem eine Al₂O₃-Membran mit einer mittleren Porengröße von 100 nm aufgebracht. Die Charakterisierung mittels Bubble Point, Reinstwasserfluss- und CSB-Rückhaltmessungen konnte positive Filtrationseigenschaften nachweisen. Aktuell wird der favorisierte Trägertyp in Form ganzer Filterelemente auf seine chemische Stabilität untersucht. Parallel laufen Applikationsuntersuchungen der Projektpartner bezüglich der Einsatzfähigkeit.

Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) für die Förderung im Rahmen des »Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand« (FKZ: ZF4076470SA9).