Abschlussarbeit: Untersuchung neuartiger Elektroden für die elektrooxidative Wasserbehandlung

Das Fraunhofer IKTS betreibt anwendungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Standorte in Dresden und Hermsdorf (Thüringen) formen das größte Keramikforschungsinstitut Europas. Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickeln wir moderne keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaßstab. Darüber hinaus umfasst das Portfolio die Kompetenzen Werkstoffdiagnose und -prüfung.

In der Arbeitsgruppe „Systemtechnik Wasser und Abwasser“ entwickeln, erproben und optimieren wir neuartige Verfahren, Systeme sowie Komponenten für die Behandlung von Abwasser. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung innovativer Hybridverfahren, wobei wir Technologien auf Basis funktionalisierter Membranen und elektrochemischer sowie photokatalytischer Oxidationsverfahren anwendungsspezifisch mit konventionellen Verfahren (z.B. aerobe oder anaerobe Behandlung) kombinieren. Mit gezielten Verfahrenskombinationen können selbst schwer zu behandelnde Inhaltsstoffe, wie z.B. Mikroschadstoffe sowie Pharmaka- und Chemikalienrückstände in zentralen und dezentralen Anlagen, systematisch abgebaut werden.

Von zunehmender Bedeutung sind in diesem Zusammenhang sogenannte persistente organische Schadstoffe. Als Rückstände von Pharmaka, in Industriechemikalien sowie Pestiziden, aber auch als funktionale Komponenten wasserabweisender Kleidung sind sie weit verbreitet und gelangen schlussendlich in die Umwelt. Sie reichern sich in tierischen Geweben an und werden durch Nahrung sowie Trinkwasser vom Menschen aufgenommen. Neben dem negativen Einfluss auf das Ökosystem und der Ausbildung von Antibiotika-Resistenzen werden vor allem organtoxische, kanzerogene sowie endokrinologische Effekte beim Menschen diskutiert.

Ein vielversprechender Ansatz zur Elimination dieser Schadstoffe sind elektrooxidative Verfahren. Hierbei werden in dem zu behandelnden Wasser mit Hilfe geeigneter Elektroden Intermediate, wie Hydroxyl- (OH•) und Sauerstoffradikale (O•) erzeugt. Diese hochreaktiven Spezies gehören zu den stärksten bekannten Oxidationsmitteln und können gezielt zum Abbau der Schadsubstanzen genutzt werden. Die eingesetzten Elektroden müssen hierbei jedoch sehr hohen Anforderungen genügen. Der derzeit einzige anwendungsreife Werkstoff für diesen Einsatz ist Bor-dotierter Diamant (BDD). Allerdings ist die Herstellung BDD-beschichteter Elektroden sehr kostenintensiv und zudem auf kleine Flächen beschränkt, weshalb derartige Behandlungsverfahren bisher Nischenanwendungen vorbehalten sind.

Am IKTS werden derzeit gemeinsam mit einem Projektpartner neuartige Elektrodenbeschichtungen für den Abbau persistenter Wasserschadstoffe entwickelt, welche BDD-Elektroden funktional ebenbürtig sind, jedoch eine deutlich flexiblere und kostengünstigere Schichtherstellung erlauben.