Die Forschungskooperation zu ultradünnen Membranen, die nun von der EU bewilligt worden ist, wird von der Universität Bielefeld geleitet und läuft bis 2023. Ziel ist es, ultradünne Filter zu entwickeln, die Reinstwasser für Industrie und Forschung erzeugen. Zugleich sollen es die Membranen ermöglichen, Wasser aus Flüssigkeiten wie Milch oder Fruchtsaft zu extrahieren, um Konzentrate herzustellen.
Das Projekt arbeitet mit Carbon-Nanomembranen (CNM). Dabei handelt es sich um Blättchen aus Kohlenstoff, die nur wenige Millionstel Millimeter dick sind. „Diese Nanomembranen haben besondere Trenneigenschaften“, erklärt der Physikprofessor Dr. Armin Gölzhäuser von der Universität Bielefeld, der das neue Projekt leitet. „Die CNM sind extrem durchlässig für Wasser und blockieren gleichzeitig den Durchfluss aller anderen Stoffe – zum Beispiel gelöster Salze oder kleiner organischer Moleküle.“
Nanomembranen für die Industrie nutzbar machen
2018 gelang es Gölzhäusers Arbeitsgruppe erstmals, eine CNM herzustellen, die Wassermoleküle durchlässt, andere Stoffe hingegen herausfiltert. Das neue Projekt soll die besonderen Eigenschaften der Nanomembranen nun für den Einsatz in Industrie und Forschung nutzbar machen.
„Dafür gehen wir über den Labormaßstab hinaus und produzieren funktionsfähige Nanomembranen mit sehr viel größeren Flächen“, sagt Gölzhäuser. „Dazu gehört auch, dass wir eigene Prototyp-Anlagen entwickeln, die mit den Membranen filtern können.“
Wie gut die Filteranlagen arbeiten, soll der Kooperationspartner CNM Technologies dann unter realistischen Bedingungen testen. Die Firma ist eine Ausgründung der Universität Bielefeld und hat ihren Sitz im Innovationszentrum Campus Bielefeld (ICB).
Herstellung von Reinstwasser und Getränkekonzentraten
Die Filteranlagen sollen zunächst zwei unterschiedliche „Produkte“ herstellen können: Reinstwasser und Getränkekonzentrate. Reinstwasser ist Wasser mit so wenig gelösten Stoffen wie möglich. Salze und Verunreinigungen sind herausgefiltert. „Benötigt wird solches Wasser überall dort, wo es extrem sauber zugehen muss“, sagt der Co-Projektleiter Prof. Dario Anselmetti. Das betrifft zum Beispiel Produkte in der Pharmaindustrie, die Computerchip-Herstellung und Versuche in der Mikrobiologie.
Getränkekonzentrate nutzt die Lebensmittelindustrie, um Transport- und Lagerkosten zu senken. Frisch gepresste Säfte werden für gewöhnlich erhitzt, um ihr Volumen zu reduzieren. Im Projekt soll hingegen ein Verfahren genutzt werden, das ohne Erwärmung auskommt: die sogenannte Cold Concentation.
Säfte werden dabei durch die Nanofilter entwässert. Zurück bleibt ein Konzentrat, das bis zum Fruchtpulver gefiltert sein kann. Auch Milch und Kaffee lassen sich so in Pulver umwandeln. „Die kalte Konzentration spart viel Energie im Vergleich zu den thermischen Verfahren und zerstört keine Geschmacksstoffe“, erklärt Gölzhäuser.
Weitere Informationen zum Projekt
Das Projekt trägt den Namen „Water separation revolutionized by ultrathin carbon nanomembranes“ (Revolutionierte Wasserabspaltung durch ultradünne Kohlenstoff-Nanomembranen) beziehungsweise den Kurztitel „Its-thin“. Gefördert wird es vom EU-Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 mit drei Millionen Euro, von denen 890.000 an die Universität Bielefeld gehen.
Zum „Its-thin“-Verbund gehören die Universität Maribor (Slowenien), die Technische Universität Dänemarks, die Universität Patras (Griechenland), die Technische Universität Riga (Lettland), die École normale supérieure de Paris (Frankreich) sowie das auf Nanomembranen spezialisierte Unternehmen CNM Technologies (Deutschland) und der Prozessentwickler Blue-tec (Niederlande).
