Die Wahrnehmung, dass Wasser eine entscheidende Ressource ist, nimmt stetig zu. Dies betrifft nicht nur klassische Nutzungen wie Trinkwasserversorgung, Bewässerung, Naturerhaltung, Transport oder den Einsatz als Kühlmedium, sondern zunehmend auch die Gewinnung von Wertstoffen wie Ammonium, Lithium, Magnesium oder CO₂. Diese erweiterte Nutzung von Wasser wird unter anderem durch Wasserwiederverwendung, die Entwicklung neuer Verfahren und die Etablierung von Kreisläufen ermöglicht.
Membranverfahren spielen dabei eine zentrale Rolle. Der Vortrag fokussiert sich auf die Anwendung von Membranverfahren zur Behandlung, Wiederverwendung und Aufwertung sehr unterschiedlicher wässriger Feedströme und beleuchtet sowohl grundlegende als auch anwendungsorientierte Fragestellungen. Eine der wesentlichen Herausforderungen beim Einsatz von Membranen ist Fouling, dessen Entstehung unter anderem durch Konzentrationspolarisation begünstigt wird. Die experimentelle Erfassung der Konzentrationspolarisation in druckbetriebenen Membranprozessen stellte lange Zeit eine Herausforderung dar und konnte erst durch den Einsatz der Raman-Spektroskopie direkt realisiert werden. Ergänzend ermöglicht die
optische Kohärenztomographie (OCT) eine ortsaufgelöste Überwachung der Fouling- Bildung an Membranoberflächen sowie die Bestimmung der räumlichen Verteilung von Biofilm und Scaling. Diese experimentellen Ansätze tragen wesentlich zum
Prozessverständnis und zur Modellierung von Membransystemen bei.
In der Membrandestillation führen lokale Konzentrationsgradienten zur Ausbildung von Scaling an der Membranoberfläche. Zusätzlich spielt das sogenannte Wetting-Phänomen eine entscheidende Rolle. Die Ergebnisse zeigen, dass die Benetzung weder räumlich homogen verteilt ist noch einem linearen zeitlichen Verlauf folgt. Sie bilden damit eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur gezielten Beeinflussung von Wetting-Prozessen in der Membrandestillation.
Auch komplexe Rohwässer wie Hydrolysate oder Gülle lassen sich mithilfe von Membranverfahren erfolgreich aufbereiten. Dadurch wird sowohl eine nachgeschaltete Rückgewinnung von beispielsweise Ammonium, als auch die gezielte Optimierung
biologischer Prozesse wie die biologische Methanisierung ermöglicht.
Ein weiteres Beispiel für die Nutzung von Membranverfahren zur Wertstoffgewinnung ist die Elektrodialyse. Mit ihr kann CO₂ aus Meerwasser sowie aus Konzentraten der Meerwasserentsalzung für Power-to-X-Prozesse extrahiert werden und stellt damit eine Alternative zur CO₂-Gewinnung aus der Atmosphäre dar.
Membranverfahren stellen damit eine Schlüsseltechnologie für die nachhaltige Nutzung von Wasser und die Gewinnung von Wertstoffen dar.