Zahlreiche Kläranlagen werden derzeit um eine vierte Reinigungsstufe erweitert, um Spurenstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Ziel des Projekts CatMemReac war es, den CO2-Fußabdruck in der Wasseraufbereitung zu reduzieren. Dabei werden bei der Oxidation von Mikroverunreinigungen energieintensive Prozesse durch Sonnenlicht-basierte Photokatalyse ersetzt. (Förderkennzeichen: 02WIL1605)
Bei CatMemReac handelt es sich um ein Hybridsystem, das die Photokatalyse mit einer vorgeschalteten Niederdruck-Membranfiltration in einem kompakten Design kombiniert. Der auf Photokatalyse basierende, erweiterte Oxidationsprozess (engl. Advanced Oxidation Process, AOP) wird durch Sonnenlicht und solarbetriebene Leuchtdioden (LEDs) katalysiert. So können schädliche Spurenstoffe wie das Arzneimittel Carbamazepin rückstandsfrei eliminiert werden.
Für den photokatalytischen Abbau werden neuartige Materialien, etwa heterogene Nanokatalysatoren und Metallschäume mit niedrigen Lebenszykluskosten, in ökoeffizienten Prozessen mit geringem Energiebedarf eingesetzt, um den CO2-Fußabdruck herkömmlicher Wasseraufbereitungsprozesse zu verringern.
Die Materialien wurden am Fraunhofer IGB in maßgeschneiderten Photoreaktoren im Labormaßstab getestet um Zugang zu dimensionslosen Prozesskennzahlen zu erhalten. Auf dieser Basis ließ sich die Leistungsfähigkeit verschiedener Systeme objektiv vergleichen, sodass ein optimiertes Konzept für das Scale-up identifiziert werden konnte.
Als nächster Schritt erfolgte 2023 der Bau einer Demonstratoranlage im Pilotmaßstab für den Einsatz in einer Kläranlage vor Ort in Israel. Mit den erhobenen Experimentaldaten aus dieser Realanwendung wurde eine Lebenszyklusanalyse mit Fokus auf die CO2-Bilanz durchgeführt. Aus dieser ließ sich ein GWP von 2,2 kgCO₂eq/m³ für das Best-Case-Szenario im industriellen Maßstab der CatMemReac-Technologie errechnen.
Bereits ohne die in den kommenden Jahren zu erwartenden materialtechnischen Verbesserungen zeigt der CatMemReac-Reaktor im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren nur leicht höhere Treibhausgasemissionen. Somit ist ein Einsatz der Technologie für die dezentrale Behandlung zur Wasserreinigung und -Wiederverwendung zu empfehlen, sobald das unausgeschöpfte Potenzial zur Effizienzsteigerung etwa um den Faktor 8 erhöht wird. Bereits vorher sind Vorteile bei der Skalierbarkeit von Betriebsbedingungen und Handhabung zu berücksichtigen, die konkurrierende Technologien wie die Ozonierung behindern.
