Geringere Kosten und sauberes Wasser

Wass­er ist ein kost­bares Gut. Der Auf­bere­itung von Frischwass­er kommt deshalb eine große Bedeu­tung zu. Prof. Dr.-Ing. Rain­er Engel­brecht von der TH Nürn­berg forscht mit seinem Team am Poly­mer Opti­cal Fiber Appli­ca­tion Cen­ter (POF-AC) an ein­er Sen­sortech­nolo­gie zur Ver­mei­dung von Ablagerun­gen in Mem­bran­mod­ulen zur indus­triellen Wasser­auf­bere­itung. Das Ziel der Forschung ist die Steigerung der wirtschaftlichen Prozessper­for­mance und eine ökol­o­gis­che Ressourcenscho­nung durch eine verbesserte Regelung der Wasser­auf­bere­itungsan­la­gen. Die Bay­erische Forschungss­tiftung fördert das Pro­jekt mit ins­ge­samt 398.900 Euro, davon erhält die TH Nürn­berg 214.300 Euro.

Frischwass­er in gle­ich­mäßig guter Qual­ität wird bei der Her­stel­lung von Lebens­mit­teln beispiel­sweise in Brauereien sowie für viele chemis­che und tech­nis­che Indus­trieprozesse benötigt. Dies wird häu­fig durch Auf­bere­itungsan­la­gen zur Wasser­en­thär­tung und Entsalzung real­isiert, die mit einem Mem­bran­fil­ter und dem Prinzip ein­er umgekehrten Osmose arbeit­en. Mögliche Ablagerun­gen auf der Mem­bran (sog. Mem­bran-Foul­ing) sind eine Her­aus­forderung für die Betreiber: Die Reini­gung und ein vor­sor­glich­er Mem­bran­wech­sel verur­sachen Kosten und Still­stand­szeit­en. Im Forschung­spro­jekt „POF_MEM: POF-Foul­ingsen­sor für Mem­bra­nen zur Wasser­auf­bere­itung“ erforscht das Poly­mer Opti­cal Fiber Appli­ca­tion Cen­ter (POF-AC) der TH Nürn­berg unter der Pro­jek­tleitung von Prof. Dr.-Ing. Rain­er Engel­brecht eine Sen­sortech­nolo­gie zur Ver­mei­dung von Ablagerun­gen in mem­bran­basierten Wasser­auf­bere­itungsan­la­gen. Das Team kooperiert in dem Pro­jekt mit der TU München (TUM), Lehrstuhl für Lebens­mit­tel­chemie und moleku­lare Sen­sorik, Abteilung Wassertech­nolo­gie unter Leitung von Dr. Karl Glas sowie den Unternehmen Grün­beck GmbH, Inge­nieur­büro Heinl und der Staats­brauerei Weihenstephan.

„Unser Ziel ist es, die Prozess­führung in Wasser­auf­bere­itungsan­la­gen wirtschaftlich­er zu machen und zugle­ich die ökol­o­gis­chen Ressourcen zu scho­nen. Davon prof­i­tieren sowohl Men­schen als auch die Umwelt. Dazu pla­nen wir gemein­sam mit den Kol­le­gen von der TUM und unseren Indus­triepart­nern einen inno­v­a­tiv­en optis­chen Sen­sor zu entwick­eln, der buch­stäblich Licht ins Dunkel dieser Mem­bran­mod­ule bringt.“

Prof. Dr.-Ing. Rain­er Engel­brecht, ein­er der Leit­er des Insti­tuts POF-AC

Das Forschung­steam um Prof. Dr.-Ing. Rain­er Engel­brecht unter­sucht in diesem Kon­text einen Sen­sor, der auf der Leitung von Licht in poly­meren optis­chen Fasern beruht. Wird der Man­tel ein­er solchen Fas­er bere­ich­sweise ent­fer­nt und die Fas­er in das Mem­bran­fil­ter­mod­ul ein­gelegt, so kommt das Wass­er in direk­tem Kon­takt mit dem licht­führen­den Kern. Wenn sich Ablagerun­gen auf Mem­bran und dem Kern der optis­chen Fas­er bilden, wird die Lichtleitung behin­dert. Dies ist durch die Mes­sung der über­tra­ge­nen Licht­menge zu erken­nen. Für eine zuver­läs­sige Funk­tion verbessert das Forschung­steam in diesem Pro­jekt die Geome­trie und die Struk­tur der faserop­tis­chen Sen­soren, entwick­elt eine sta­bile Optoelek­tron­ik und klärt wasserchemis­che Fra­gen. Anschließend testen die Forscherin­nen und Forsch­er das Sen­sorsys­tem unter real­ität­sna­hen Bedin­gun­gen im Umfeld ein­er Brauerei.

„Der Ein­satz des Sen­sors kann nach diesem Pro­jekt auf ver­schieden­ste Mem­bran­sys­teme über­tra­gen wer­den, darunter fall­en vor allem die Meer­wasser­auf­bere­itung sowie die Ultra- und Mikro­fil­tra­tion. Zudem sind Mem­bran­reini­gun­gen in einem frühen Sta­di­um der Ablagerung deut­lich effizien­ter und oft­mals nur dann möglich.“

Prof. Dr.-Ing. Rain­er Engel­brecht, ein­er der Leit­er des Insti­tuts POF-AC