Eine Membran, fest gespannt über einen Kessel - für einen Musiker ist das ganz einfach eine Pauke. Wissenschaftler hingegen denken beim Stichwort Membran an etwas ganz anderes.
Es ist wie ein Sieb: Ein Teil, eine Komponente, geht durch die Membran hindurch. Und eine andere wird zurückgehalten. Stellen Sie sich einen Kaffeefilter vor: filtriert einfach den Kaffee. Und das ist genau das System,
erläutert Dieter Paul, einst Professor am GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht bei Hamburg. Die Siebe, von denen er spricht, sind aus Kunststoff und haben mikroskopisch kleine Poren. Diese lassen bestimmte Molekülsorten passieren, andere dagegen nicht. Zum Einsatz kommen solche Membranen unter anderem in der Aufbereitung von Wasser. Der jüngste Clou dabei ist der Membranbioreaktor, sagt Professor Jobst Hapke von der TU Hamburg-Harburg.
Da muss man sich die Kopplung eines einfachen Bioreaktors vorstellen mit einer Membraneinheit. Dadurch, dass man diese beiden Stufen miteinander koppelt, kann man Abwasser sehr viel gründlicher reinigen als bisher.
Bioreaktor bedeutet, dass Bakterien die Schadstoffe abbauen - eine Standardtechnik bei Klärwerken. Neu ist der Einsatz der Membranen: Sie filtern sauberes Wasser ab. Dadurch steigt im Bioreaktor die Bakterienkonzentration, bis schließlich eine hochaktive Biobrühe übrig bleibt mit einem enormen Schadstoff-Appetit. Der Vorteil der Membranbioreaktoren: Sie sind deutlich kompakter als gewöhnliche Kläranlagen und finden sogar auf Kreuzfahrtschiffen Platz. Hapke:
Die fahren in ökologisch bedenkliche Gebiete und werben damit, dass besondere Grenzwerte eingehalten werden. Auf einem solchen Schiff sind ungefähr 5000 Menschen - also 3000 Passagiere, 2000 Hilfskräfte. Aber alle verursachen denselben Abwasseranteil.
Abwasser, das mit Hilfe der Membrantechnik soweit entgiftet wird, dass es selbst in die sensiblen Gewässer der Antarktis geleitet werden darf. Zwar sind die ersten Membranbioreaktoren bereits auf dem Markt. Auf anderen Gebieten aber gibt es für die Fachleute wie den GKSS-Forscher Klaus-Viktor Peinemann noch einiges zu tun:
Die Membranen sind heute noch nicht so verbreitet in technischen Anwendungen, wie sie sein könnten. Das liegt daran, dass vielfach Kunststoffe benutzt werden, die für ganz andere Dinge entwickelt sind. Und wir und andere Gruppen in Europa sind jetzt dabei, Kunststoffe maßzuschneidern - spezielle Kunststoffe für ganz spezielle Trennprobleme zu entwickeln.
Maßschneidern - das bedeutet, dass Peinemann die winzigen Poren in ihren Membranen so formen will, dass sie nur eine einzige Molekülsorte passieren lassen und andere nicht. Zudem tüftelt er an Membranen, die nicht nur Sieb fungieren, sondern zugleich auch als Tatort für chemische Reaktionen. So sollen sich beim Sieben ungesättigte Fette in gesättigte verwandeln, wichtig etwa bei der Herstellung von Margarine. Peinemann:
Das gibt's in Pilotanwendungen, aber noch nicht im industriellen Maßstab. Aber ich bin sicher, das wir in den nächsten zwei, drei Jahren die ersten industriellen Anlagen sehen werden.
Deutlich langfristiger ist ein anderes, ziemlich ehrgeiziges Projekt der Membranforscher - die künstliche Leber. Ähnlich wie die künstliche Niere soll sie eines fernen Tages das Blut der Patienten reinigen.
Bei der künstlichen Leber setzt man auch Membranen ein, aber als Träger für Zellen. Das heißt man nimmt Leberzellen, die leben auf Membranen. Die Membran wird genommen, um die Zellen festzuhalten, aber gleichzeitig Stoffe, die die Zellen brauchen um zu leben, hindurch zu transportieren und die Giftstoffe heraus zu transportieren. Das ist das langfristige Ziel,
sagt Dieter Paul. Die Kunststoffmembran muss also nicht nur als feines und überaus selektives Sieb wirken - sondern auch als passable Grundlage für die Leberzellen. Doch genau hier liegt das Problem. Paul:
Hier müssen die Membranen auch biokompatibel sein. Sie müssen anpassbar sein an die Lebensbedingungen der Zellen. Das ist besonders wichtig. Sonst wird der Patient kränker, als er vorher war.
Um das zu vermeiden, müssen die Forscher noch einige Arbeit in die Materialentwicklung investieren. Auf den Paukenschlag in Sachen künstliche Leber werden wir also noch einige Jahre warten müssen.
Es ist wie ein Sieb: Ein Teil, eine Komponente, geht durch die Membran hindurch. Und eine andere wird zurückgehalten. Stellen Sie sich einen Kaffeefilter vor: filtriert einfach den Kaffee. Und das ist genau das System,
erläutert Dieter Paul, einst Professor am GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht bei Hamburg. Die Siebe, von denen er spricht, sind aus Kunststoff und haben mikroskopisch kleine Poren. Diese lassen bestimmte Molekülsorten passieren, andere dagegen nicht. Zum Einsatz kommen solche Membranen unter anderem in der Aufbereitung von Wasser. Der jüngste Clou dabei ist der Membranbioreaktor, sagt Professor Jobst Hapke von der TU Hamburg-Harburg.
Da muss man sich die Kopplung eines einfachen Bioreaktors vorstellen mit einer Membraneinheit. Dadurch, dass man diese beiden Stufen miteinander koppelt, kann man Abwasser sehr viel gründlicher reinigen als bisher.
Bioreaktor bedeutet, dass Bakterien die Schadstoffe abbauen - eine Standardtechnik bei Klärwerken. Neu ist der Einsatz der Membranen: Sie filtern sauberes Wasser ab. Dadurch steigt im Bioreaktor die Bakterienkonzentration, bis schließlich eine hochaktive Biobrühe übrig bleibt mit einem enormen Schadstoff-Appetit. Der Vorteil der Membranbioreaktoren: Sie sind deutlich kompakter als gewöhnliche Kläranlagen und finden sogar auf Kreuzfahrtschiffen Platz. Hapke:
Die fahren in ökologisch bedenkliche Gebiete und werben damit, dass besondere Grenzwerte eingehalten werden. Auf einem solchen Schiff sind ungefähr 5000 Menschen - also 3000 Passagiere, 2000 Hilfskräfte. Aber alle verursachen denselben Abwasseranteil.
Abwasser, das mit Hilfe der Membrantechnik soweit entgiftet wird, dass es selbst in die sensiblen Gewässer der Antarktis geleitet werden darf. Zwar sind die ersten Membranbioreaktoren bereits auf dem Markt. Auf anderen Gebieten aber gibt es für die Fachleute wie den GKSS-Forscher Klaus-Viktor Peinemann noch einiges zu tun:
Die Membranen sind heute noch nicht so verbreitet in technischen Anwendungen, wie sie sein könnten. Das liegt daran, dass vielfach Kunststoffe benutzt werden, die für ganz andere Dinge entwickelt sind. Und wir und andere Gruppen in Europa sind jetzt dabei, Kunststoffe maßzuschneidern - spezielle Kunststoffe für ganz spezielle Trennprobleme zu entwickeln.
Maßschneidern - das bedeutet, dass Peinemann die winzigen Poren in ihren Membranen so formen will, dass sie nur eine einzige Molekülsorte passieren lassen und andere nicht. Zudem tüftelt er an Membranen, die nicht nur Sieb fungieren, sondern zugleich auch als Tatort für chemische Reaktionen. So sollen sich beim Sieben ungesättigte Fette in gesättigte verwandeln, wichtig etwa bei der Herstellung von Margarine. Peinemann:
Das gibt's in Pilotanwendungen, aber noch nicht im industriellen Maßstab. Aber ich bin sicher, das wir in den nächsten zwei, drei Jahren die ersten industriellen Anlagen sehen werden.
Deutlich langfristiger ist ein anderes, ziemlich ehrgeiziges Projekt der Membranforscher - die künstliche Leber. Ähnlich wie die künstliche Niere soll sie eines fernen Tages das Blut der Patienten reinigen.
Bei der künstlichen Leber setzt man auch Membranen ein, aber als Träger für Zellen. Das heißt man nimmt Leberzellen, die leben auf Membranen. Die Membran wird genommen, um die Zellen festzuhalten, aber gleichzeitig Stoffe, die die Zellen brauchen um zu leben, hindurch zu transportieren und die Giftstoffe heraus zu transportieren. Das ist das langfristige Ziel,
sagt Dieter Paul. Die Kunststoffmembran muss also nicht nur als feines und überaus selektives Sieb wirken - sondern auch als passable Grundlage für die Leberzellen. Doch genau hier liegt das Problem. Paul:
Hier müssen die Membranen auch biokompatibel sein. Sie müssen anpassbar sein an die Lebensbedingungen der Zellen. Das ist besonders wichtig. Sonst wird der Patient kränker, als er vorher war.
Um das zu vermeiden, müssen die Forscher noch einige Arbeit in die Materialentwicklung investieren. Auf den Paukenschlag in Sachen künstliche Leber werden wir also noch einige Jahre warten müssen.