Grenzüberschreitende Entwicklung lichbetriebener Technologie zur effizienten Entfernung von CECs

Das Projekt #CURE hilft, Umweltrisiken zu verringern, indem es die Ausbreitung kontaminanter Spurenstoffe (CECs) eindämmt. Im Zentrum steht die Photokatalyse – eine umweltfreundliche Technologie zur CEC-Entfernung, deren breiter Einsatz bisher durch begrenzte Effizienz und Haltbarkeit der Katalysatoren erschwert wird. Ziel ist die Entwicklung eines geeigneten Photokatalysators und dessen energie- sowie umweltschonende Systemintegration. Die Technische Universität Liberec (TUL) bringt industrielle Erfahrung ein, um Forschung und Praxis zu verbinden. Die tschechisch-sächsische Kooperation stärkt die wissenschaftliche Exzellenz, fördert den Technologietransfer und ermöglicht eine schnellere Markteinführung. Das Projekt #CURE hat zwei Hauptziele: i) die grenzüberschreitende Exzellenzförderung durch enge und systematische Zusammenarbeit zu stärken, indem die Expertise von TUL und IPF bei der Entwicklung einer innovativen Abwasserbehandlungstechnologie genutzt wird. ii) eine innovative Licht betriebene, energieeffiziente Abwasserbehandlungstechnologie (Pilotanlage) mit einem Volumen von ca. 300–500 Litern zu entwickeln und zu verifizieren, die auf einer Kombination aus vernetzten Polymerschwämmen mit hoher Adsorptionskapazität basiert, die zusätzlich mit photokatalytischen Nanopartikeln (NPs) auf Bismutbasis dotiert ist, die durch die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies unter sichtbarem Licht eine starke photokatalytische Wirkung haben. Dieses innovative Prinzip, das in der entwickelten Technologie verwendet wird, gewährleistet eine hohe Entfernungseffizienz ausgewählter CECs aus behandeltem Abwasser, nämlich Carbamazepin, Diclofenac und BPA, die zu mindestens 80 % entfernt werden. Um dies zu beweisen, wird die entwickelte Technologie unter realen Bedingungen in einer ausgewählten städtischen Kläranlage mit Kapazitäten für halbindustrielle Tests verifiziert und optimiert. Diese Initiative steht im Einklang mit dem 6. Ziel für nachhaltige Entwicklung (SDG) der Vereinten Nationen und entspricht der neuen EU-Abwasserrichtlinie. Die Ergebnisse des Projekts #CURE tragen zur Verbesserung der Wasserqualität bei, die in Gewässer eingeleitet wird, und zwar bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch und unter Verwendung naturnaher Lösungen. Dies trägt nicht nur zur Erfüllung der Anforderungen an eine verbesserte Wasserqualität bei, sondern auch zum reduzierten Energieverbrauch von Abwasserbehandlungsprozessen, wie in Artikel 11 der geänderten EU-Richtlinie 91/271/EWG gefordert. Derart aufbereitetes Wasser von hoher Qualität kann für verschiedene Zwecke weiterverwendet werden, wodurch primäre Wasserquellen geschont und geschützt werden.

 

1. Pilotanlage zur Abwasserbehandlung (energieeffiziente Technologie)
   Entwicklung und Validierung einer Technologie, die vernetzte Polymerschäume mit hoher Adsorptionskapazität mit photokatalytischen Nanopartikeln auf Bismutbasis kombiniert. Die Anlage mit einem Volumen von ca. 300–500 Litern wird mit Solarenergie betrieben und unter realen Bedingungen in einer ausgewählten kommunalen Kläranlage getestet. Ziel ist die Entfernung ausgewählter CECs (Carbamazepin, Diclofenac, BPA) mit einem Wirkungsgrad von mindestens 80 %.
2. Forschungsbericht – Kosten-Nutzen-Analyse und Lebenszyklusanalyse (LCA)
   Detaillierte Analyse der Kosten und Nutzen der Technologie sowie Vergleich des Stromverbrauchs der Pilotanlage mit bestehenden Oxidationsverfahren (Fenton-Verfahren, H₂O₂, Ozonierung). Bestandteil der Analyse sind außerdem die Berechnung des CO₂-Fußabdrucks und des Wasserfußabdrucks zur Bewertung der Nachhaltigkeit der Technologie.
3. Wissenschaftliche Publikation I – Materialentwicklung
   Wissenschaftlicher Beitrag mit Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer photokatalytischer, hochporöser Polymermaterialien, die mit Bismut-Nanopartikeln dotiert sind und eine hohe Effizienz bei der Entfernung von CECs aufweisen (Zielzeitschrift z. B. Water Research).
4. Wissenschaftliche Publikation II – Ergebnisse des Pilotbetriebs
   Wissenschaftlicher Beitrag mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse aus der Erprobung der Pilotanlage unter realen Betriebsbedingungen (Zielzeitschrift z. B. Environmental Science & Technology).
5. Präsentation der Ergebnisse auf Fachkonferenzen
   Präsentation der Zwischen- und Endergebnisse des Projekts auf internationalen Fachkonferenzen im Bereich Wasser- und Abwassertechnologien (z. B. IWA, CzWA).
6. Konsultationsaktivitäten mit den Zielgruppen
   Regelmäßige Konsultationen mit Betreibern der wasserwirtschaftlichen Infrastruktur (z. B. Severočeské vodovody a kanalizace, a.s.), um die Übereinstimmung der entwickelten Technologie mit den tatsächlichen betrieblichen Anforderungen der Endnutzer zu überprüfen.