5 Innovationen in der Wasseraufbereitung, die unsere Zukunft prägen
Wasser ist lebensnotwendig, aber nicht immer sicher zu konsumieren. In diesem Artikel betrachten wir mehrere disruptive Wasseraufbereitungstechnologien, die sauberes Wasser für alle zugänglicher machen.
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Obwohl Wasser mit einem Anteil von 71 % an der Erdoberfläche eine der reichlichsten Ressourcen der Welt ist, gelangen 80 % der unbehandelten Abwässer zurück in Flüsse, Seen und Meere. Dieser Einleitungsprozess verunreinigt die Wasserquellen und macht sie für den Verbrauch ungeeignet.
Die Folgen sind verheerend. Jeder Dritte hat keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser und ist daher anfälliger für durch Wasser übertragene Krankheiten wie Durchfall, Giardiasis, Ruhr, Typhus, E. coli und Salmonellen. Der Konsum von unsauberem Wasser kann auch zu Wachstumsstörungen, Lernschwierigkeiten, Unterernährung und zum Tod führen.
Glücklicherweise ergreifen versierte Innovatoren auf der ganzen Welt Maßnahmen und finden neuartige, erschwingliche Methoden zur Wasseraufbereitung und Bekämpfung dieser Probleme. In diesem Artikel stellen wir Ihnen fünf Wasseraufbereitungstechnologien vor, die das Leben verändern könnten.
Was sind die traditionellen Wasseraufbereitungsmethoden?
Wasseraufbereitung ist der Prozess der Verbesserung der Wasserqualität durch die Entfernung von Verunreinigungen wie Bakterien, Viren oder anderen Giftstoffen, um es für bestimmte Zwecke wie Trinken oder Baden nutzbar zu machen.
Derzeit gibt es keinen Mangel an verfügbaren und genutzten Wasseraufbereitungsoptionen. Diese lassen sich in der Regel in vier Kategorien einteilen: physikalische, biologische, chemische oder eine Kombination aus diesen Verfahren.
- Bei der physikalischen Wasseraufbereitung wird ein Wasserfiltersystem mit physikalischen Phänomenen wie Sedimentation, Filtration oder Flotation mit gelöster Luft eingesetzt , um sauberes Wasser vom Abwasser zu trennen.
- Bei der biologischen Wasseraufbereitung werden Mikroorganismen eingesetzt , um die Schadstoffe biologisch abzubauen, ähnlich wie bei der Kompostierung.
- Die chemische Wasseraufbereitung basiert auf dem Einsatz von Chemikalien, um Verunreinigungen zu entfernen oder umzuwandeln, beispielsweise durch Wasserreinigungstabletten, Vorchlorung, Belüftung oder Desinfektion, und wird in der Regel in Verbindung mit einer physikalischen oder biologischen Methode angewendet.
Einige Wasseraufbereitungsmethoden kombinieren einige oder alle der oben genannten Verfahren und basieren auf komplexer, hochentwickelter Technologie. Eines der bekanntesten Beispiele ist die Entsalzung, bei der entweder Destillation oder Umkehrosmose eingesetzt wird, um Salzwasser in Trinkwasser umzuwandeln.
Obwohl diese Wasseraufbereitungsmethoden nichts Neues sind, gibt es einige Nachteile. So ist beispielsweise die Entsalzung zwar effektiv, erfordert jedoch einen enormen Energieaufwand, um den Prozess durchzuführen. Die Kosten für diese Energie können bis zur Hälfte der Betriebskosten einer Entsalzungsanlage ausmachen und unterliegen Preisänderungen aufgrund der Energieverfügbarkeit und -nachfrage. Außerdem ist die Entsalzung auf Küstengebiete beschränkt, wodurch sie für den größten Teil der Welt automatisch unerreichbar ist.
Auch andere Methoden sind nicht frei von Nachteilen, wie beispielsweise die Notwendigkeit, Chemikalien nach der Wasseraufbereitung zu entsorgen. Selbst etwas so Einfaches wie das Abkochen von Wasser erfordert immer noch den Zugang zu einer stetigen und ausreichenden Brennstoffversorgung und entfernt weder Salze noch Schwermetalle.
Hindernisse, die einen flächendeckenden Zugang zu sauberem Wasser verhindern
Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) leben weltweit mehr als zwei Milliarden Menschen in Ländern mit Wasserknappheit, in denen der Zugang zu sauberem Trinkwasser begrenzt ist. Infolgedessen konsumieren sie Wasser, das mit Fäkalien verunreinigt ist.
Die WHO berichtet, dass der Kontakt mit unsauberem Wasser „das größte Risiko für die Trinkwassersicherheit darstellt“. Darüber hinaus müssen von den 2 Milliarden Menschen ohne sicher verwaltete Wasserversorgung (d. h. keine Wasserversorgung auf dem Grundstück, keine Verfügbarkeit bei Bedarf und keine Freiheit von Verunreinigungen) 282 Millionen mehr als 30 Minuten für den Weg zum Wasser zurücklegen, 368 Millionen trinken aus ungeschützten Brunnen und Quellen und 122 Millionen verwenden unbehandeltes Wasser aus Seen, Teichen, Flüssen und Bächen.
Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) zeichnen ein ähnlich düsteres Bild und führen an, dass acht von zehn Menschen, denen es an einer grundlegenden Trinkwasserversorgung mangelt, in ländlichen Gebieten leben. Darüber hinaus verfügt fast die Hälfte der Weltbevölkerung (3,6 Milliarden Menschen) nicht über eine sicher verwaltete Sanitärversorgung in ihren Häusern. Traditionelle Wasseraufbereitungsmethoden reichen für Menschen, die in abgelegenen oder armen Gebieten leben, möglicherweise nicht aus, sodass kreativere und kostengünstigere Lösungen erforderlich sind.
5 Innovationen in der Wasseraufbereitung, die die Branche revolutionieren werden
Wasseraufbereitungstechnologie Nr. 1: Schwarze gehäkelte Absorber
Betrachtet man Wasseraufbereitungslösungen aus der Perspektive der Innovation, so zeichnen sich viele realisierbare Lösungen ab. Eine der spannendsten ist ein schwarzer, häkelähnlicher, blumenförmiger Lichtabsorber mit einer superhydrophilen (d. h. beschlagfreien) Beschichtung, der verschmutzte Wasserdämpfe zu sauberem Wasser verdampft.
Da das Gerät schwarz ist, speichert es mehr Wärme. Dadurch kann es Wasserdampf schneller verdampfen als Geräte in anderen Farben. Da Garn relativ günstig und überall erhältlich ist, ist dieses Gerät zudem einfach und kostengünstig.
Wasseraufbereitungstechnologie Nr. 2: Das Wasserfiltergerät der NASA
Am anderen Ende des Spektrums sorgen große Organisationen mit solider finanzieller Unterstützung für noch mehr Aufsehen. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) hat Geld, Intelligenz und Innovation gebündelt, um ein Wasserfiltergerät zu entwickeln. Obwohl es ursprünglich für den Einsatz an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) konzipiert war, erkannte die NASA, dass es auch hier auf der Erde eingesetzt werden könnte.
Anstatt Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen, trennt das Gerät der NASA das Wasser von den Verunreinigungen. Dazu wird das Wasser mithilfe von Schallwellen durch eine Filtermatrix gedrückt. Durch dieses Verfahren werden die Schwerkraft und die Ausrichtung des Filters für die Wasseraufbereitung geschickt überflüssig gemacht.
Wasseraufbereitungstechnologie Nr. 3: Automatische variable Filtrationstechnologie
Weltweit hat sich Waterman Engineers Australia zum Ziel gesetzt, innovative Wasseraufbereitungstechnologien zu entwickeln, die erschwinglich und einfach zu bedienen sind. Eines der Projekte des Unternehmens ist die Automatic Variable Filtration (AVF)-Technologie, die ähnlich wie die Erfindung der NASA funktioniert. Anstatt jedoch Akustik zu nutzen, um Wasser durch eine Filtermembran zu leiten, wird bei diesem Gerät das Zulaufwasser oben eingeleitet, damit es nach unten fließt. Dadurch kann Druckluft Verunreinigungen in ein Luftheberrohr befördern, wo sie einfach entsorgt werden können.
Wasseraufbereitungstechnologie Nr. 4: Nanotechnologie der NASA
Schließlich gibt es noch zwei Technologien, die nicht unternehmensspezifisch sind. Eine davon ist die Nanotechnologie, bei der submikroskopische Membranen verwendet werden, um Verunreinigungen aus dem Wasser zu filtern, sodass es einen ausreichend sauberen Zustand erreicht. Ein beliebtes Gerät, das Nanotechnologie nutzt, ist LifeStraw®. Dieser Strohhalm saugt Wasser durch die Membran. Er ist in Dutzenden von Ländern erhältlich und kann ohne Batterien oder Stromquelle betrieben werden. Darüber hinaus hat er eine Lebensdauer von etwa einem Jahr.
Wasseraufbereitungstechnologie Nr. 5: Aquaporine/Wasserkanäle
Eine weitere Wasseraufbereitungstechnologie nutzt Aquaporine oder Wasserkanäle, kleine Membranproteine , die als halbporöse Pforten fungieren, durch die Wassermoleküle entweder durch Diffusion oder Osmose einzeln hindurchströmen. Der amerikanische Arzt Peter C. Agre erhielt 2003 für seine Entdeckung der Aquaporine den Nobelpreis für Chemie. Diese Membranen kommen auch in Säugetieren vor (und etwa zur Hälfte auch in den Nieren).
Abschließende Gedanken
Obwohl traditionelle Wasseraufbereitungsmethoden wie Entsalzung, Sedimentation, Chlorung, Filtration und Desinfektion sehr effektiv sind, sind sie nicht unbedingt die finanziell rentabelsten oder für Menschen in abgelegenen, ländlichen oder armen Gegenden verfügbaren Methoden. Mit neuen Innovationen am Horizont kann der Zugang zu sauberem Wasser jedoch zu einer Selbstverständlichkeit statt zu einem Luxus oder Privileg werden und dazu beitragen, die Zahl vermeidbarer durch Wasser übertragbarer Krankheiten zu reduzieren. Möchten Sie mehr über Innovationen in der Wasseraufbereitung oder andere aktuelle Technologien erfahren? Melden Sie sich für Innovation Insider an, unseren zweiwöchentlichen Newsletter für Fachleute aus den Bereichen geistiges Eigentum und Forschung und Entwicklung.
