Mikroplastik-Entfernung aus Prozesswasser kann Wasser, Energie und Kosten sparen

Steigende gesetzliche Regulationen für Polymere, Kunststoffe und Mikroplastik, hohe Kosten für Wasser, Abfälle, Energie, Chemikalien und die Instandhaltung von Anlagen sowie komplexe Verschmutzungsszenarien – Unternehmen, die in ihren Prozessen viel Wasser, Polymere und weitere Chemikalien einsetzen, stehen vor der Herausforderung ihr Umwelt-, Abfall- und Ressourcenmanagements neu auszurichten. Von Silke Haubensak, Dr. Katrin Schuhen*

Mit dem Verfahren Wasser 3.0 PE-X steht erstmal eine adaptive Komplettlösung für ein nachhaltiges und kosteneffizientes Sustainability Upgrade für die industrielle Wasserbehandlung zur Verfügung. Der Schwerpunkt des Verfahrens, das auf Green Chemistry, Low-Tech-Anlagen und kreislaufwirtschaftliche Prozesse setzt, liegt in der Entfernung von Mikroplastik. Bei geringen Anschaffungs- und Betriebskosten verbessern sich dabei nicht nur die Wasserqualität, sondern auch Ressourcennutzung, Abfallaufkommen und Energieverbrauch.

Mikroplastik im Wasserkreislauf ist als globales und stetig wachsendes Umweltproblem im Bewusstsein der Menschen angekommen. Diese kleinen kunststoffbasierten Partikel kleiner fünf Millimeter wurden von der Arktis über die Tiefsee bis zum Mount Everest, in Lebensmitteln, Tieren und Menschen nachgewiesen. Ihr Gefährdungspotential für Mensch und Umwelt wurde vielfach wissenschaftlich untersucht und untermauert.

Die Auswirkungen auf Biodiversität, Gewässer, Meere, Klima und die Gesundheit von Menschen und Tiere sind massiv. Bereits heute ist bekannt, dass insbesondere das noch kleinere Nanoplastik bei der Ursachensuche für Krankheiten wie Krebs, Organversagen und Schlaganfall zukünftig zu berücksichtigen sein wird. Trotz des Wissens um das Risikopotential, welches von Mikroplastik ausgeht, wird bislang wenig aktiv gegen dessen Ausbreitung unternommen.

Gesetze und Regulationen am Horizont sichtbar

Gesetzliche Regulationen gegen den bislang ungehinderten Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt zeichnen sich auf europäischer und nationaler Ebene ab. Neben der wohl anstehenden Aufnahme von primärem, absichtlich zugesetztem Mikroplastik in die REACH-Verordnung (Europäische Chemikalienverordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) thematisieren auch die europäische Wasserrahmenrichtlinie, Trinkwasserverordnung oder Kunststoffstrategie Maßnahmen, die zukünftig den Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt verringern und vermeiden sollen. Nicht zuletzt der Green Deal setzt hierbei auch auf vorsorgendes Handeln, durch das Mikroplastik-Einträge in die Umwelt direkt am Ort des Entstehens verhindert werden sollen.

Für Unternehmen, die Polymere und Kunststoffe erzeugen, verarbeiten oder entsorgen, bedeutet das die Neuausrichtung ihres Umwelt-, Abfall- und Ressourcenmanagements. Denn Mikroplastik fällt überall dort an, wo Polymere bzw. Kunststoffe sind. Diese finden sich nicht nur in Produkten wie Verpackungen, Etiketten, synthetischen Textilien und Autoreifen. Sie sind auch Bestandteile in Kosmetika, Putz- und Düngemitteln, Beschichtungen und Lacken sowie Hilfsmittel in verschiedensten industriellen Prozessen, wie der Papierherstellung (Abbildung 1).

Mikroplastik: Kostentreiber in industriellen Prozessen

Nicht nur der Blick in die Zukunft der Gesetzgebung ist es sinnvoll, sich dem Thema Mikroplastik in industriellen Wässern zuzuwenden. Polymere sind in vielen unterschiedlichen Applikationsformen und -arten elementare Bestandteile industrieller Produktionsprozesse, ebenso Wasser. Weltweit wurden allein im Jahr 2020 rund 400 Millionen Tonnen Kunststoffe aus über 200 verschiedene Polymerarten produziert, Tendenz steigend.

Große Mengen industrieller Abwässer sind weitreichend mit Mikroplastik, löslichen Polymeren (= Mikroschadstoffe), und weiteren Schadstoffen belastet. Solch komplexe und vielfältige Verschmutzungsszenarien können in herkömmlichen – industriellen wie kommunalen – Kläranlagen nicht mehr adäquat gereinigt werden. Eine effiziente Abwasserreinigung ist jedoch unabdingbar, um einen guten Zustand der Gewässer und Trinkwasserversorgung weiterhin gewährleisten zu können. Aufgrund der Anforderungen an die Reinigungskapazitäten sind steigende Abwassergebühren, hohe Kosten für die Reststoffentsorgung und zunehmende gesetzliche Anforderungen an industrielle Einleiter die Folgen.

Die Mikroplastik-freie Produktion

Wasser, Abfälle und Energie sind belastende Faktoren für die ökonomische und ökologische Bilanz von Unternehmen. Sie alle verändern sich mit der Implementierung des Verfahrens Wasser 3.0 PE-X ins Positive. Der ganzheitlichen Prozessbetrachtung und kreislaufwirtschaftlichen Prozessgestaltung kommen dabei tragende Rollen zu.

Wasser 3.0 setzt auf ökotoxikologisch unbedenkliche Hybridkieselgele, um Mikroplastik aus Abwasser zu entfernen. Diese Materialien können an unterschiedlichste Polymertypen – sowie andere Mikroschadstoffe wie Pharmazeutika, Pestizide oder Schwermetalle – angepasst werden.

Basierend auf einer Agglomerations-Fixierungsreaktion (einfacher gesagt: Verklumpen) werden aus vielen kleinen unterschiedlichen Mikroplastikpartikeln im Wasser tischtennisballgroße Agglomerate. Der Clou des Verfahrens ist, dass diese Mikroplastik-Agglomerate an die Oberfläche schwimmen und somit sehr einfach abgetrennt werden können. Die Mikroplastik-Agglomerate können im weiteren Verlauf kreislaufwirtschaftlich weiterverwendet werden. Anwendungen im Bausektor sind möglich. Durch diesen Schritt reinigen industrielle und kommunale Kläranlagen nicht nur das Abwasser effizient und einfach, sondern nutzen gleichzeitig auch Abfallströme weiter. Die Mikroplastik-freie Produktion ist möglich.

Eine datenbasierte und kreislaufwirtschaftliche Strategie

Das Verfahren Wasser 3.0 PE-X ist eingebettet in eine weltweit einzigartige ganzheitliche Strategie für den Umgang mit Kunststoffen und Mikroplastik: Wasser 3.0 detect | remove | reuse.

Wasser 3.0 detect liefert eine leicht und schnell anwendbare, kosteneffiziente Detektionsmethode für den kontinuierlichen und standardisierten Nachweis von Mikroplastik in Wässern. Damit wird erstmals eine qualitativ hochwertige Wasserbehandlung möglich, die flexibel an die jeweilige Belastungssituation vor Ort anpassbar ist, bzgl. Ressourcen- und Eliminationseffizienz überwacht und optimiert werden kann, das Handeln gemäß Vorsorgeprinzip und Herstellerverantwortung anhand valider Daten ausrichtet.

Mit Wasser 3.0 reuse werden Kreislaufwirtschaft und Zero Waste konsequent umgesetzt, indem Abfälle reduziert, Wasser gespart und die Wasserqualität verbessert wird. In Verbindung mit jeder Implementierung der Mikroplastik-Entfernung mit Wasser 3.0 PE-X können Projekte für die Erforschung und Entwicklung von Weiterverwendungskonzepten aufgesetzt werden. Abfallprodukte von Wasser 3.0 PE-X werden so zur Basis neuer Produkte. Die aufbereiteten Wässer können entweder als Prozesswasser weiterverwendet oder als mikroplastik- bzw. mikroschadstofffreies Abwasser abgeleitet werden.

 

Mikroplastik-Entfernung als Hebel für die ressourcen- und energiesparende Prozessoptimierung

Um die Mikroplastik-freie Produktion mittels Wasser 3.0 PE-X zu erreichen, werden sowohl das vom Grundsatz her minimalistische und modulare Anlagendesign als auch die eingesetzten Hybridkieselgele passgenau adaptiert. So geschehen im letzten Jahr für eine renommierte bayerische Druckerei, die damit zu den Vorreitern in Sachen Mikroplastik-Entfernung aus Prozesswasser gehört.

Entsprechend der prozessualen Anforderungen an Separation, Zeit und Wassermenge wurde die Anlage so konzipiert, dass in einem Durchgang batchweise definierte Abwassermengen verarbeitet werden können. Bei einer Behältergröße von 200 Litern werden hier rund 2m² Platz benötigt. Die Anlage konnte somit leicht in die bestehende Prozessumgebung integriert werden.

Die im kontinuierlichen Betrieb erhobenen Daten bescheinigen dem Verfahren Wasser  3.0  PE- X seinen ökologischen Mehrwert bei sinkenden Betriebskosten. Die eingesetzten Hybridkieselgele wurden hier derart angepasst, dass sie neben dem Mikroplastik auch andere Schwebstoffe wie Papierreste verklumpen. Während Mikroplastik und Schwebstoffe aus dem Wasser entfernt werden, verbleiben die zugesetzten Prozesschemikalien im Wasser. Auch können pH-Wert und Wassertemperatur konstant gehalten werden, so dass die Wiedernutzung der Prozesswässer möglich ist. Die Wiederverwendung von Wasser und Prozesschemikalien liegen in diesem Unternehmenskontext bei 90 Prozent, der Energieverbrauch reduziert sich um 50 Prozent. Die entstehenden Agglomerate werden ohne Zusatzfilter aus dem Wasser entfernt und als Ressourcen in der Sekundärstoffverwertung genutzt.

Aufgrund der einfachen technischen Anforderungen sind die Investitionskosten von Wasser 3.0 PE-X um mehr als 20 Prozent niedriger als bei Wettbewerbern. Der Wartungsbedarf ist niedrig. In Verbindung mit dem geringen Energieverbrauch konnten die Gesamtbetriebskosten um 75 Prozent gesenkt werden.

Potentiale für mehr Klima- und Umweltschutz bei gleichzeitiger Kostensenkung

Die Mikroplastik-freie Produktion mit Wasser 3.0 PE-X erweist sich auch in weiteren Kunststoff- und Wasser-intensiven Unternehmen als vergleichbar kostensenkendes Sustainability Upgrade. Neben der Verbesserung der Wasserqualität werden messbare Beiträge für die Erreichung der UN-Nachhaltigkeitsziele erzielt, insbesondere im Bereich Ressourceneffizienz: Reduzierter Wasser- und Energieverbrauch, Einsparung von CO₂-Emissionen und Prozesschemikalien sowie Abfallvermeidung durch Wiederverwertung.

Mit der Implementierung der Mikroplastik-freien Produktion kommen Unternehmen, die Kunststoffe produzieren, verarbeiten und entsorgen im Zeitalter von Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft an. Anders als häufig angenommen, bedeutet klima- und umweltschützendes Handeln nicht mehr Kosten – sondern Kostensenkungen. Compliance mit erwartbaren Regulationen für Mikroplastik inbegriffen.

Wasser 3.0 – das Unternehmen

Die Wasser 3.0 gGmbH ist ein im Jahr 2020 gegründetes GreenTech-Unternehmen aus Karlsruhe, das an der Schnittstelle von Materialwissenschaften, Wasserwirtschaft und Wassertechnologie agiert. Im Zentrum ihrer Arbeiten steht die Wasser 3.0 Strategie detect  | remove  |  reuse mit ganzheitlichen Lösungen für den Umgang mit Mikroplastik und Mikroschadstoffen wie Pharmazeutika, Schwermetalle, PFAS und Pestizide in verschiedenen Wässern.

Angesichts des Ausmaßes der globalen Wasserverschmutzung vertritt Wasser 3.0 einen systemischen Ansatz und arbeitet mit Fokus auf wirksame Müll-Vermeidungsstrategien und vorsorgendes naturverträgliches Handeln auch in den Bereichen Bildung und Aufklärung. Wasser 3.0 handelt als Sustainability Entrepreneur gemeinnützig, sektorübergreifend und mit dem Ziel, messbare Beiträge zu den Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen in den Bereichen sauberes Wasser, grüne Innovation, Klimaschutz und verantwortungsvolle Produktion zu leisten.

Die Wasser 3.0 gGmbH arbeitet im Bereich des nachhaltigen Prozessdesigns mit smo GmbH aus Oschersleben zusammen. Als Supply Chain Partner für die Materialien fungiert die abcr GmbH. Bei Wasser 3.0, abcr und smo treffen wissenschaftliche Expertise, Forscherdrang, datenbasiertes Handeln sowie Funktionalität und Engineering aufeinander. Die perfekte Synergie für Wasser ohne Mikroplastik und Mikroschadstoffe.

*Silke Haubensak (l.) und Dr. Katrin Schuhen sind das Gründungsteam von Wasser 3.0. Mit ihrem interdisziplinären Experten-Wissen, ihrer unbändigen Tatkraft und lösungsorientiertem Forschungsdrang setzen sie sich jeden Tag für ihre gemeinsame Mission und Vision „Wasser ohne Mikroplastik und Mikroschadstoffe“ ein (Quelle: Wasser 3.0)