Wasserreinigung mit Kohlenstoff und Nanoeisen

Eine Kombination aus Kohlenstoff und Nanoeisen könnte künftig helfen, kontaminiertes Grundwasser besser vor Ort zu reinigen. Das neue Verbundmaterial mit dem Namen Carbo-Iron® enthält Eisenstrukturen in der Größe von wenigen Nanometern, die fest in den Kohlenstoff eingebunden sind. Die Kombination beider Materialen verbindet Reaktivität mit Schadstoffanreicherung. Carbo-Iron® kann zudem breite Reaktionszonen im Grundwasserleiter erzeugen und es kann direkt in die Schadstoffquelle injiziert werden. Erste Ergebnisse eines in-situ-Versuchs werden auf der größten europäischen Konferenz zum Management von Boden-Wasser-Systemen "AquaConSoil 2013" vorgestellt, die vom 16. bis 19. April in Barcelona stattfindet.

Die Feldversuche im Kleinstmaßstab führten die Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Fa. Golder Associates GmbH in den vergangenen Monaten auf einem ehemaligen Militärgelände im niedersächsischen Celle durch, dessen Grundwasser mit dem Schadstoff Perchlorethen (PCE) belastet ist. Perchlorethen ist ein weit verbreitetes organisches Lösungsmittel, das als hartnäckiger Schadstoff häufig im Grundwasser zu finden ist. Wie viele chlorierte Kohlenwasserstoffe ist es krebserzeugend.

Um die neue Sanierungstechnologie zu testen, wurden bei Celle mit Genehmigung der Behörden 20 Kilogramm des neuen Reinigungsverbundstoffes über zwei Bohrungen direkt in das kontaminierte Grundwasser eingebracht und anschließend der Abbau des Schadstoffs ausgewertet. Parallel dazu fanden im Labor Untersuchungen zur Ökotoxizität des eingebrachten Materials statt. Beide Ergebnisse erscheinen aus Sicht der Wissenschaftler vielversprechend: "Wir erhoffen uns von diesem neuen Verbundmaterial eine sehr umweltfreundliche Lösung, um kontaminiertes Grundwasser vor Ort reinigen zu können. Aus unserer Sicht ist Carbo-Iron® die bessere Alternative zum bislang in solchen Fällen oft verwendeten nano-Eisen", erklärt Dr. Katrin Mackenzie vom UFZ. Denn es enthält nicht nur Eisen, um Schadstoffe reduktiv abzubauen. Der Kohlenstoff sammelt mit seiner riesigen Oberfläche die Schadstoffe wie ein Schwamm ein und stellt sie dem Eisen zur Zerstörung bereit. Außerdem wird Carbo-Iron® im Vergleich zum nano-Eisen aufgrund seiner geringeren Dichte und günstigeren Oberflächenbeschaffenheit besser im Grundwasserleiter transportiert. Diese Beweglichkeit erhöht seine Wirksamkeit.

Sehr positiv verlaufen sind die Tests zur ökologischen Verträglichkeit von Carbo-Iron®, die ebenfalls am UFZ durchgeführt wurden. Sie zeigten keine akute Toxizität. "Wir sehen daher in der Grundwasserreinigung mit Carbo-Iron® eine nanobasierte Technologie, die mit gutem Gewissen in der Umwelt eingesetzt werden kann", so Katrin Mackenzie.

Die Untersuchungen sind Teil des Forschungsprojektes Fe-NANOSIT, das im Laufe dieses Jahres abgeschlossen wird. Mit Nanopartikel-basierten in-situ-Sanierungstechnologien werden sich die UFZ-Wissenschaftler auch danach weiter befassen. Zusammen mit 28 Partnern untersuchen sie im EU-Großprojekt NANOREM bis 2017 das Potenzial dieser neuen Materialien im größeren Maßstab. Die UFZ-Wissenschaftler arbeiten daran, eisenbasierte Komposite wie Carbo-Iron® zu implementieren und neue in-situ-Oxidationskatalysatoren zu entwickeln. Außerdem erstellen sie ökonomische Verwertungsstrategien und führen Kosten-Nutzen-Analysen durch.

Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)