KOMMENTAR/094: Wasseraufbereitung nur durch Luft und Sonne eine Farce (SB)

Alle Jahre wieder die Empfehlung: Wasser mit Sonnenlicht aufzubereiten

Daß Wasser ein kostbares Gut ist, wird inzwischen selbst hierzulande zunehmend spürbar. Obwohl Deutschland im Vergleich mit südlichen europäischen Ländern geradezu noch als Naßzelle gelten kann, und reichlich sauberes Wasser zum Trinken zur Verfügung steht, sind die Grund- und Trinkwasserreservoire von Düngemitteln, Pestiziden, Gülle, Abwässern, Medikamentenresten, Bakterien und Umweltchemikalien bedroht, die das Erdreich anreichern, durch das bisher alle Sickerwässer wie Abwasser gefiltert wurden, ehe sie geklärt den Grundwasserspiegel erreichen. Inzwischen ist die Absorbtions- und Speicherfähigkeit des Bodens für Schadstoffe erschöpft, so daß all diese Stoffe mit dem Regenwasser ins Grundwasser geschwemmt werden.

Dazu kommt, daß in anderen Gebieten die Niederschläge gar nicht mehr bis in die tiefliegenden Wasserspeicher vordringen, weil der Boden zu hart oder zu trocken ist, daß es in den oberen Schichten versickert. Schon jetzt ist in einigen Regionen reines Wasser so rar, daß Trinkwasser zum Beispiel aus dem Rhein gewonnen werden muß.

Die unschöne Vorstellung, Trinkwasser aus verunreinigtem Wasser bzw. Abwässern zu gewinnen, um überhaupt auf die lebensnotwendige Menge zu kommen, scheint offenbar unsere unabwendbare Zukunft zu sein. Doch um Abwasser in qualitativ hochwertiges und vor allem reines Wasser umzuwandeln, fehlt es noch an Technik.

Konventionelle Kläranlagen sollen die Abwässer zwar soweit reinigen, daß sie der Natur nicht weiter schaden. Trinkwasserqualität ist das jedoch nicht.

Noch problematischer ist die Wasserversorgung jedoch in den Ländern der Dritten Welt. Dort haben mehr als ein Drittel der Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Wegen mangelhafter Wasserqualität und hygienischer Bedingungen sterben jährlich etwa 1,8 Mio. Menschen an Durchfallerkrankungen, überwiegend Kinder unter fünf Jahren.

Investierte man in den vergangenen Jahrzehnten hauptsächlich in den Brunnenbau und die kommunale Trinkwasserinfrastruktur, wird heute vor allem die Wasseraufbereitung in den Haushalten propagiert. In ländlichen Gebieten ist dies kostengünstiger und soll zudem das Risiko einer Verunreinigung des Wassers zwischen Quelle und Wohnstätte verringern. Allerdings sind die empfohlenen Wasserentkeimungsmethoden genaugenommen nur ein Beschwichtungsmittel:

Die von der WHO empfohlene Wasserentkeimung mittels Sonnenlicht ist im Laborexperiment zwar wirksam, hat unter Alltagsbedingungen aber keinen eindeutigen Effekt auf Durchfallserkrankungen. Zu diesem Schluss kommen Wissenschaftler des Schweizerischen Tropeninstituts und der University of California, Berkeley, welche die Wirkung der solaren Wasseraufbereitung in PET-Flaschen auf die Gesundheit in Bolivien untersucht haben. Ihre Studie wurde im Fachmagazin "PLoS Medicine" veröffentlicht.
(Informationsdienst Wissenschaft, 24. August 2009)

Die solare Trinkwasserentkeimung (Solar Water Disinfection, SODIS), von der hier die Rede ist, sollte eine einfache Methode darstellen, um Wasser in tropischen Gebieten an Ort und Stelle zu entkeimen. Dabei wird Wasser einfach nur in transparente PET-Flaschen gefüllt und an einem sonnigen Ort horizontal plaziert. Durch die im Sonnenlicht enthaltene ultraviolette Strahlung sollen dann Durchfallerreger, die zumeist an ein dunkles Darmmilieu angepaßt sind, abgetötet werden.

Eine Studie an insgesamt 700 Kindern in den Interventionsgemeinden und elf zusätzlichen Kontrollgemeinden über ein Jahr, ergab jedoch nur ein äußerst beliebiges Ergebnis:

Im Durchschnitt hatten die Kinder in diesen elf Gemeinden 3,6 Durchfallepisoden pro Jahr, jene in den elf Kontrollgemeinden litten an 4,3 Episoden. Dieser Unterschied konnte jedoch statistisch nicht untermauert werden, weshalb die zwischen beiden Gruppen beobachtete Differenz auch auf einem Zufallsbefund beruhen könnte. Somit gibt es keinen eindeutigen Hinweis, dass die SODIS- Methode Durchfallerkrankungen wesentlich reduziert.
(Informationsdienst Wissenschaft, 24. August 2009)

Auch wenn die Anwendung sich hier nur auf das Entkeimen, also das Abtöten von Krankheitserregern reduziert, scheint die Idee mit Sonnenlicht Wasser zu reinigen, in den Köpfen der Wissenschaftler immer wieder zu kreisen, ohne jedoch jemals befriedigende Resultate zu erzielen. So wurde schon vor 6 Jahren in Goslar bei einem Treffen der Wasserexperten im Clausthaler Umwelttechnik-Institut, der 3. Internationalen Konferenz zu Oxidationstechniken für Wasser- und Abwasserbehandlung, ein Verfahren vorgestellt, mit dem man sogar Medikamentenreste, die über die Toilettenspülung ins Wasser gelangen, Industriechemikalien, Dünger und Pestizide aus verunreinigtem Wasser nur mit Hilfe von Luft und Sonnenlicht entfernen können sollte. Zum Thema "advanced oxidation technologies" (d.h. verfeinerte Oxidationsverfahren) erklärte Alfons Vogelpol dem NDR:

"Der Vorteil besteht darin, daß praktisch alle Stoffe zerstört werden können, die im Abwasser vorhanden sind und daß darüber hinaus aus diesen Abfallstoffen eben Kohlendioxid, Wasser und Mineralsalze erzeugt werden, die also für die Umgebung völlig unschädlich sind."
(NDR, Logo 21:05 Uhr, Interview von Jo Schilling, 23. Mai 2003)

Im Gegensatz zu konventionellen Reinigungsverfahren, die wieder nur mit Hilfe von weiteren Chemikalien die wasserverschmutzenden Chemikalien zerstören, soll das neue Verfahren angeblich ohne weitere Zusätze ablaufen. Die Schadstoffe würden einfach mittels Luftsauerstoff oxidiert. Und das soll laut Vogelpol folgendermaßen ablaufen:

"Wir erzeugen da OH-Radikale. OH-Radikale sind Moleküle mit der höchsten Reaktionsgeschwindigkeit, nicht. Das heißt, der Umsatz ist praktisch unabhängig von der Konzentration und erfolgt sofort."
(NDR, Logo 21:05 Uhr, Interview von Jo Schilling, 23. Mai 2003)

Was sich hinter dem aggressiv wirkenden Begriff verbirgt, wurde im weiteren so erklärt, daß die "OH-Radikale" entstehen, wenn es gelingt, dem Wassermolekül (H2O) ein weiteres Sauerstoffatom hinzuzufügen. Bei diesem Prozeß würde dann ein instabiles Molekül erzeugt, das in hochreaktive und aggressive Radikale zerfiele:

Die Radikale sind hoch aggressiv. Ihr freies Elektron schiebt sich zwischen die Bindungen der Schadstoffe, bricht sie auf und die Bruchstücke werden wieder von neuen Radikalen angegriffen, bis eben nur noch Kohlendioxid, Wasser und Mineralien übrig sind. Die Energie, um die Radikale zu erzeugen, muß meist elektrisch aufgewendet werden. Aus Sauerstoff wird entweder Ozon hergestellt, das dann mit dem Wasser reagiert, oder Wasserstoffperoxid.
(NDR, Logo 21:05 Uhr, Interview von Jo Schilling, 23. Mai 2003)

Doch damit ist die Behauptung, das Verfahren funktioniere ohne jede weitere Chemie, schon ad absurdum geführt. Ganz gleich ob Ozon erzeugt wird oder der Sauerstoff direkt mit dem Wasser reagiert, was dabei als vermeintlich instabiles Wassermolekül erzeugt wird, ist nichts anderes als Wasserstoffperoxid (H2O2), d.h. ein bekanntes Bleichmittel und eine - wenn auch instabile - aggressive Chemikalie:

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Einen Schadstoff in viele kleine spalten

Die hier als Novität beschriebene Reaktion zur Beseitigung von Schadstoffen ist somit nicht einmal neu, sondern entspricht dem Mechanismus, mit dem man bisher den unkontrollierten Abbau von Chemikalien im Sonnenlicht unter Beisein von Sauerstoff erklärt. Die Stoffe werden dabei bis zur nicht mehr zu identifizierenden, also analytischen Unkenntlichkeit gespalten, gehen jedoch nicht verloren. Die Vielzahl chemischer Verbindungen vergrößert sich also noch.

Dabei sind sämtliche Oxidationsprodukte der Kohlenwasserstoffe, von Ketonen, Aldehyden, über Ester und Säuren bis hin zur kleinsten Einheit Kohlenstoffdioxid möglich und hierunter gibt es einige unangenehm riechende oder ätzende Vertreter, welche die Wasserqualität nicht gerade aufwerten. Man denke nur an Formaldehyd, Ameisensäure usw., um nur einige Beispiele zu nennen, die möglicherweise kritischer sind, als die anfängliche Chemikalienbelastung von Brauchwasser oder Industrieabwässern. Selbst die relativ harmlose Kohlensäure, die sich als gasförmiges Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre verteilt und so im Wasser nicht mehr nachzuweisen ist, gilt heute als bedenkliches und absolut zu vermeidendes Treibhausgas.

OH-Radikal ist eine Fiktion

Daß die spaltende sogenannte Photoreaktion über eine sogenannte "radikale Zwischenstufe" abläuft, ist quasi eine theoretische Notlösung, um einen plausiblen Reaktionsmechanismus für eine an sich nicht erklärbare Reaktion zu liefern, also eine Erklärungslücke zu brücken.

Das Auftauchen von Sauerstoffradikalen in den beschriebenen Prozessen bleibt hierbei immer noch das unbeweisbare Postulat, das schon bei der ersten Photooxidation von Fettsäuren gefordert wurde und somit eine reine Fiktion. Da man die gewünschte Zwischenstufe nicht nachweisen kann, erklärte man sie seinerzeit für hochreaktiv, aggressiv und demzufolge kurzlebig, so daß sie nur für Bruchteile einer Reaktionssekunde auftaucht und schon im gleichen Moment wieder verschwunden ist. Und das ist auch für heutige Reaktionsmuster sehr bequem.

Was bleibt, sind nicht minder aggressive Oxidationsvorgänge, die immerhin z.B. einen Farbstoff in nicht mehr sichtbare organische Säuren auseinanderbrechen lassen. Da diese Prozesse unkontrolliert ablaufen und oft in Anwesenheit weiterer verschiedener Schadstoffe, enthält der Schadstoffcocktail am Ende nicht viel weniger Chemie, nur findet ein Analytiker, der nicht weiß, wonach er suchen soll, nicht mehr die ursprünglichen Umweltchemikalien. Damit gilt die Probe dann als geklärt und "rein".

Titankatalysator soll das Sonnenlicht verstärken

Diese naheliegenden Gedankengänge und Folgerungen wurden auf der erwähnten Tagung nicht berührt, denn der Prozeß der oxidativen Reinigung gilt gemeinhin als genial. Was den Chemikern noch zu schaffen macht, ist der hohe Energieverbrauch, mit dem Sauerstoff in seinen aggressiveren Bruder Ozon (O3) umgewandelt werden muß bzw. Wasser in Wasserstoffperoxid.

Doch mit Hilfe eines Photokatalyse-Reaktors, den die Clausthaler entwickelt hatten, schien auch das kein so großes Problem mehr zu sein. Mit Hilfe eines Katalysators, d.h. eines Stoffes, der die Reaktion anregt, soll die dafür notwendige Aktivierungsenergie herabgesetzt werden, während der Katalysator selbst unbeschadet und unverbraucht aus der Reaktion hervorgeht. Titandioxid (TiO2), ein häufig verwendetes Weißpigment, das man aus Wandfarben und Zahnpasta kennt, soll dafür sorgen, daß nur Sonnenenergie erforderlich ist, um die oxidativen Spaltungsprozesse einzuleiten, wobei die Forscher selbst von der Herstellung sogenannter reinigender OH-Radikale sprechen, was an den realen Verhältnissen völlig vorbeigeht.

Das Verfahren ist kostengünstig, erfordert aber besonders dann, wenn viel Wasser zu reinigen ist, große Oberflächen und vor allem stets sonniges Wetter. Die erste Pilotanlage wurde deshalb in einem Sonnenland gebaut: Tunesien. Dazu wurde einfach eine Schräge aus Beton aufgestellt, die mit Titandioxid besprüht wurde, und über deren Oberfläche das Wasser geleitet wird. Das ganze nennt sich dann Reaktor:

A. Vogelpol: "Es gibt verschiedene Möglichkeiten, aber die Möglichkeit, die in Tunesien realisiert worden ist, ist, wir nutzen einen sogenannten Filmreaktor. Das heißt, wir brauchen eine ausreichend große geneigte Fläche. Diese Fläche ist mit dem Katalysator, also mit dem Titandioxid beschichtet, und das Abwasser läuft jetzt als dünner Film über die Fläche, wird von der Sonne bestrahlt, und dabei werden die OH-Radikale erzeugt, die dann die Schadstoffe entfernen."
(NDR, Logo 21:05 Uhr, Interview von Jo Schilling, 23. Mai 2003)

Die Aufgabe dieser Anlage ist, Farbstoffe aus den Abwässern einer tunesischen Färberei zu zerstören. Die Fabrik möchte expandieren, erhält aber nicht die Genehmigung, mehr Grundwasser zu entnehmen. Sie ist also gezwungen, das eigene Brauchwasser aufzuarbeiten - die Chance für eine Oxidationsanlage, mit der das Wasser wieder farblos gemacht wird. Da das Wasser nicht als Trinkwasser verwendet wird, reicht es in diesem Fall, sämtliche färbenden Komponenten auszulöschen. Und was eignet sich dafür besser als Bleichmittel.

Was weg ist, ist weg
Klares Wasser zu Lasten der guten Luft

Die Forscher selbst halten ihre Verfahren noch nicht für ausgereift und suchen vor allem nach Partnern in der Industrie, für die sie ihre Anlagen in der Praxis testen können. Das beschriebene Verfahren scheitert in unseren Breiten trotz Katalysators immer noch am Sonnenlicht. Vogelpol nutzte für seine Laborversuche UV-Lampen,

... wie sie auch in den Bräunestudios eingesetzt werden, indem ich also Sonnenlicht simuliere. Echter Nachteil ist natürlich der höhere Energieverbrauch."
(NDR, Logo 21:05 Uhr, Interview von Jo Schilling, 23. Mai 2003)

Doch nicht nur das. Was in diesem Bericht an keiner Stelle hinterfragt wurde, ist nämlich der hohe Sauerstoffverbrauch, der dabei "kostenfrei" aus der Atmosphäre angeliefert wird, und mit dem die Forscher ausgesprochen verschwenderisch umgehen. Nutzen sie beispielsweise UV-Lampen, so wird neben dem Verbrauch für oxidative Vorgänge auch noch als Nebenprodukt haufenweise Ozon erzeugt, aus Sauerstoff, der der Atmosphäre und somit der Atemluft verloren geht.

Tatsächlich gibt es auch schon funktionsfähige Anlagen in unseren Breiten, die mit einem anderen Katalysator nach dem gleichen Prinzip arbeiten, wobei offenbar auch das hiesige Sonnenlicht ausreicht. Auch hier ist der immense Verbrauch an Sauerstoff nie zur Diskussion gestellt worden. Sauerstoff gilt bisher noch nicht als begrenzte Ressource.

Das erwähnte Verfahren wurde laut einem Bericht in der Süddeutschen Zeitung im Juli 2002 vom Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt, das vor allem in der Textilindustrie eingesetzt werden soll. Lichtwellen aus Sonnen- oder auch nur Scheinwerferlicht würden schon innerhalb weniger Minuten die chemischen Restbestände aus der Textilherstellung vollständig zerlegen:

Das mit Eisen angereicherte saure Wasser wird durch einen Reaktor gepumpt, der aus einem gläsernen Innen- und einem Außenrohr besteht. "Während das warme Wasser durch die äußere Röhre strömt, regt das aus der inneren Röhre einwirkende Licht das Eisen im Wasser an und setzt eine Kettenreaktion in Gang, durch die die Kohlenwasserstoffe schrittweise oxidiert und in immer kleinere Ketten zerlegt werden", sagt Sattler.
(Süddeutsche Zeitung, 9. Juli 2002)

Da selbst Experten über die Wirkung von Katalysatoren bei chemischen Reaktionen im Dunkeln tappen, sagt auch die Erklärung der Wissenschaftler (das Reaktionsprinzip gleiche im wesentlichen der Reinigung im Autokatalysator, nur werde hier sichtbares und ultraviolettes Licht statt Wärme eingesetzt), daß eigentlich keiner so recht weiß, wie das nach einem britischen Chemiker benanntes Photo-Fenton-System überhaupt funktioniert und vor allem was damit eigentlich alles produziert und in die Umwelt freigesetzt wird.

Sicher ist nur, daß die Schadstoffe und Kohlenwasserstoffe am Ende nicht mehr analytisch feststellbar sind.

Wie bei jedem Katalysator sollen nur wenige Milligramm Eisen in einem Liter Brauchwasser ausreichen, um die Abbaureaktion in Gang zu setzen. Doch Eisen stellt in der Natur einen starken Biokatalysator bzw. einen wichtigen Wachstumsfaktor dar, so daß auch der relativ harmlose Begleitstoff zu einer Überdüngung von Gewässern führen kann. Ansonsten handelt es sich um das gleiche Prinzip wie das des Titanoxidreaktors.

Das unbestreitbar effektive - somit also auch aggressive - Spaltverfahren

In weniger als 15 Minuten kann das [Verfahren]...
rund sechzig Prozent der langkettigen Komponenten
knacken.

(Süddeutsche Zeitung, 9. Juli 2002)

soll zwar in einem Waschgang von derzeit einer Stunde Dreiviertel von den schwer abbaubaren Ölen und Fetten abbauen und bei entsprechend verlängertem Waschgang theoretisch auch einen nahezu vollständigen Abbau ermöglichen. Lediglich das Problem der zu erwartenden Spaltprodukte (s.o.) wird von den Wissenschaftlern auch hier nicht diskutiert.

Anhand solcher vermeintlich umweltfreundlichen Neuerscheinungen wird allerdings auch deutlich, daß offenbar Licht- oder Sonnenlicht ausreichen, um erstaunliche Spalt- und Abbauprozesse zu initiieren. Das sollte einem zu denken geben, zumal auch der menschliche Organismus aus nicht viel anderem als verschiedenen Kohlenwasserstoffverbindungen wie Fetten, Farbstoffen, Biokatalysatoren und aus beinahe 90 Prozent Wasser besteht und zudem eine nicht zu vernachlässigende Menge an Eisen und anderen Spurenelementen enthält, die sich hervorragend als Katalysator eignen...

Erstveröffentlichung 2003
neue, aktualisierte Fassung

1. September 2009