Vatten är viktigt – därför avloppsvatten måste renas så effektivt som möjligt. Keramiska membran gör detta möjligt. Forskare från Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS i Hermsdorf, Tyskland kunde avsevärt minska separationsgränserna för dessa membran och på ett tillförlitligt sätt filtrera bort lösta organiska molekyler med en molmassa på endast 200 Dalton. Även industriellt avloppsvatten kan därmed renas effektivt.

Den som har släpat sig längs en solig kuststig på högsommaren med för lite vatten i väskan vet alltför väl:utan vatten, vi kan inte göra det för långt. Vatten är en av livets grunder. Inom industrin, vatten är ett måste, dessutom:i många produktionsprocesser, det fungerar som lösningsmedel, rengöringsmedel, kyla eller överföra värme. När mer och mer vatten förbrukas, avloppsvatten måste behandlas och återanvändas. Keramiska membran är ett bra sätt att göra detta:eftersom de är separerade mekaniskt – liknande ett kaffefilter – är de särskilt energieffektiva. Dock, denna metod upphörde tidigare när en molekylstorlek på 450 Dalton nåddes:mindre molekyler kunde inte separeras med keramiska membran. Enligt experter, det ansågs till och med omöjligt att gå under denna gräns.

Molekyler så små som 200 Dalton kan separeras

Dr Ingolf Voigt, Dr.-Ing. Hannes Richter och Dipl.-Chem. Petra Puhlfuerss från Fraunhofer IKTS har uppnått det omöjliga. "Med våra keramiska membran, vi har uppnått, för första gången, en molekylär separationsgräns på 200 Dalton – och, vari, en helt ny kvalitet, säger Voigt, Biträdande institutdirektör för IKTS och platschef i Hermsdorf.

Men hur lyckades forskarna göra detta? På väg att göra det omöjliga möjligt, det var först nödvändigt att övervinna olika hinder. Den första var i produktionen av själva membranet:om sådana små molekyler skulle separeras på ett tillförlitligt sätt, det behövdes ett membran som hade porer mindre än de molekyler som skulle separeras. Dessutom, alla porer måste vara så lika stora som möjligt, eftersom en enda större öppning är tillräcklig för att tillåta molekyler att glida igenom. Utmaningen var därför att producera så små porer som möjligt, där alla har mer eller mindre samma storlek. "Vi uppnådde dessa resultat genom att förfina sol-gel-teknologin, säger Richter, Avdelningschef vid IKTS. Det andra hindret var att göra sådana membranlager defektfria över större ytor. Fraunhofer-forskarna har lyckats med detta, också. "Medan endast några kvadratcentimeter av ytan vanligtvis är belagd, vi utrustade ett pilotsystem med en membranyta på 234 kvadratmeter, vilket betyder att vårt membran är flera magnituder större, " förklarar Puhlfuerss, forskare vid IKTS.

Överföring från laboratoriet till praktiken

På uppdrag av Shell, pilotsystemet byggdes av företaget Andreas Junghans – Anlagenbau und Edelstahlbearbeitung GmbH &Co. KG i Frankenberg, Tyskland och ligger i Alberta, Kanada. Där har systemet framgångsrikt renat avloppsvatten sedan 2016, som används för utvinning av olja ur oljesand. Forskarna planerar för närvarande en första produktionsanläggning med en membranarea på mer än 5, 000 kvadratmeter.

De innovativa keramiska membranen erbjuder också fördelar i industriella produktionsprocesser:de kan användas för att rena delströmmar direkt i processen samt för att styra det rengjorda vattnet i kretsloppet, vilket sparar vatten och energi.

För utveckling av det keramiska nanofiltreringsmembranet, Dr Ingolf Voigt, Dr.-Ing. Hannes Richter och Dipl.-Chem. Petra Puhlfuerss fick årets Joseph von Fraunhofer-pris. Juryn motiverar priset med att nämna, bland annat, "den första realiseringen någonsin för filtreringstillämpningar inom denna materialklass."