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Dialysemembranen: Möglichkeiten der abwasserfreien Produktion

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Autor: Hildegard Lyko

Dialysemembranen: Möglichkeiten der abwasserfreien Produktion
Dialysemaschine in einem Krankenhaus PatrikSlezak/iStock

Im Projekt “Med-zeroSolvent” erforschen Wissenschaftler:innen der TU Dresden neue Wege im medizintechnischen Wassermanagement. Für die Herstellung von Dialysemembranen zur Nierenersatztherapie sollen neue Methoden für die abwasserfreie Produktion durch die energieeffiziente Behandlung der stark belasteten Prozesswässer etabliert werden.

Steigender Bedarf für Dialysemembranen erwartet

Die Dialyse ist eine der wichtigsten Formen der Nierenersatztherapie. Weltweit gibt es gegenwärtig etwa sieben Millionen dialysepflichtige Patienten. Der Bedarf zur Dialyse wird weiterhin steigen, zum einen als Folge der Zunahme von akuten und chronischen Nierenerkrankungen, zum anderen durch die Verbesserung der Therapiebedingungen sowohl in Industrie- als auch in Entwicklungs- und Schwellenländern, wobei in letzteren erheblicher Nachholbedarf besteht.

Stickstoffhaltige Lösemittel und Wasser möglichst vollständig zurückgewinnen

Zur Nierenersatztherapie eingesetzte Dialysatoren enthalten Dialysemembranen, die hauptsächlich aus synthetischen Polymeren hergestellt werden. Dabei werden während des Produktionsprozesses stickstoffhaltige Lösungsmittel wie N,N-Dimethylacetamid (DMAc) oder N-Methylpyrrolidon (NMP) eingesetzt. Ein großer Teil der Lösungsmittel wird zwar innerbetrieblich zurückgewonnen, beispielsweise durch Destillationsverfahren. Aber dennoch fallen lösungsmittelhaltige Konzentrate und Abwässer an, die zum Teil unter hohem Energieaufwand in externen Behandlungsanlagen thermisch entsorgt werden.

Durch die wachsende Bedeutung der Dialyse steigen sowohl der Ressourcenbedarf für die Herstellung von Dialysatoren als auch der Bedarf zur Behandlung der Reststoffe. Der Fokus des vom BMBF geförderten Projektes Med-zeroSolvent liegt damit folgerichtig auf der Untersuchung von Möglichkeiten zur Senkung der bei der Abwasser- und Konzentratbehandlung entstehenden Emissionen und in der Minderung des Frischwasserbedarfs.

Das wesentliche Projektziel besteht in der Entwicklung eines energieoptimierten, mehrstufigen Verfahrens zur Aufbereitung lösungsmittelhaltiger Prozesswässer aus der Membranherstellung, mit der Möglichkeit, aufbereitete Prozesswässer im Kreislauf zurück in den Herstellungsprozess zu führen. Neben Biofilm- und Membranverfahren sind angepasste, naturnahe Behandlungsverfahren wesentliches Kernelement der zu entwickelnden Verfahrenskombination. Zur Einsparung von Frischwasser wird als zweite Komponente, neben der Kreislaufführung gereinigter Abwässer, die Bewirtschaftung von Niederschlagswässern untersucht. Die konsequente Umsetzung von Maßnahmen an der Quelle, d.h. die Vor-Ort-Behandlung der Prozesswässer in einer Betriebskläranlage, verhindert dabei die Verlagerung umweltkritischer Substanzen in kommunale Kläranlagen. Im Fokus stehen dabei die Überwachung der im Produktionsprozess eingesetzten chemischen Substanzen und deren primären Abbauprodukte, aber auch die Bewertung des behandelten Abwassers durch ökotoxikologische Untersuchungen.

Senkung des CO₂-Fußabdrucks

Die Entwicklung einer energiearmen Verfahrenskombination führt in Verbindung mit der Einsparung an LKW-Transportwegen, der partiellen Substitution von Trinkwasser, der Nachnutzung von im Herstellungsprozess entstehender Abwärme und der Nutzung konzentrierter Prozesswasserströme zur Energiegewinnung zur Senkung von Kohlendioxidemissionen.

„Das Projekt Med-zeroSolvent ist eine runde Sache“, fasst Koordinator Prof. Peter Krebs, Leiter des Instituts für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der TU Dresden, zusammen. „Anhand eines konkreten Beispiels von anfallendem industriellem Prozesswasser werden sämtliche Aspekte zur Vermeidung und Verminderung von Emissionen beleuchtet und bewertet – von der Bereitstellung über das interne Recycling und die Abwasserbehandlung bis zur ökotoxikologischen Bewertung im Hinblick auf die Gewässerbelastung. Und dies unter der Prämisse der Energieoptimierung und naturnaher Verfahren. Die Herangehensweise ist damit übertragbar auf andere Industriezweige.“

Das Projektkonsortium umfasst neben der B. Braun Avitum Saxonia GmbH als Produzentin von Dialysatoren mehrere Unternehmen aus dem Bereich Anlagenbau und ‑planung (DAS Environmental Expert GmbH, Me-Sep, wasserWerkstatt Ingenieurbüro für ökologische Wasserwirtschaft), ein Laborunternehmen (CUP Laboratorien Dr. Freitag GmbH) sowie mit der Technischen Universität Dresden eine öffentliche und mit dem Institut für Luft- und Kältetechnik gGmbH eine privatwirtschaftliche Forschungseinrichtung. Das Projekt wird durch das Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der Technischen Universität Dresden geleitet.

Weitere Informationen unter https://www.medzerosolvent.de.

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