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Positionspapier: Membrantechnik und deren Anwendungspotenziale

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Autor: Isabell Hochstrat

Positionspapier: Membrantechnik und deren Anwendungspotenziale
Dargestellt ist die Nanofiltrationsanlage im Wasserwerk Löhne, Deutschlands größte Nanofiltrationsanlage zur Aufbereitung von Grundwasser und Uferfiltrat zu Trinkwasser.

In ihrem aktuellen Positionspapier sprechen sich die Deutsche Gesellschaft für Membrantechnik e.V. (DGMT), der Verein Deutscher Ingenieure e.V (VDI) und die ProcessNet-Fachgruppe Membrantechnik der DECHEMA Gesellschaft dafür aus, in die Membranentwicklung zu investieren. In die Publikation sind auch Ergebnisse aus den Untersuchungen der Deutsche Keramischen Gesellschaft (DKG) und Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM) eingeflossen.

Membrantrennung als energieeffiziente Lösung

Die aktuellen, globalen Herausforderungen des Klimawandels, der Rohstoffverknappung, der Energieversorgung, der Ernährung und der Gesundheitsfürsorge können ohne effiziente Trenntechnik nicht bewältigt werden. Membranen haben dabei das mit Abstand größte Potenzial. Bei industriellen und technischen Anwendungen dominieren nach wie vor die klassischen Trennverfahren: Destillation/Rektifikation, Extraktion, Kristallisation oder Ad- bzw. Absorption. Im Vergleich zu diesen Verfahren benötigt die Membrantrennung nur einen Bruchteil der Energie. Mit den jeweils an die Trennaufgabe angepassten Materialeigenschaften sind Membranen eine ideale Lösung für viele Einsatzgebiete. Gastrennende Membranen und intelligente, programmierbare, selbstregelnde Membranen stehen noch am Anfang. Neue additive Fertigungsverfahren sowie neue Verfahren der Beschichtung und Funktionalisierung auf atomarem Level werden die Integrationsdichte und somit die Trennleistung weiter erhöhen. Dazu sollen auch Funktionen von Membranen in der lebenden Natur besser verstanden und adaptiert werden.

Vielfältige Anwendungspotenziale für die Membrantechnik

Das heute größte Anwendungsgebiet ist die Abwasserreinigung und Trinkwasseraufbereitung. In der chemischen Verfahrenstechnik werden aufwendige thermische Trennungen zunehmend durch Membranen abgelöst. In der Lebensmitteltechnik kommen Membranen als schonendes Verfahren zur Sterilisation und Klarfiltration zum Einsatz. Innerhalb der Biotechnologie finden Membranen eine breite Anwendung zur Aufreinigung von Biologika, beispielsweise Viren/Vakzinen, monoklonalen Antikörpern, rekombinanten Proteinen und Nukleinsäuren. In der modernen Medizin übernehmen Membranmodule häufig zentrale Funktionen von Organen, z. B. exkretorische Funktionen von Niere und Leber oder den in den Lungen stattfindenden Gasaustausch. In Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyseuren trennen Membranen die Kathoden und Anodenräume. In einem sich verändernden Energiemix hin zur Nutzung regenerativer Energiequellen spielen Membranen eine wichtige Rolle zur Biogasreinigung, Wasserstoffspeicherung („Power-to-Gas“), Herstellung synthetischer Kraftstoffe („Power-to-Chemicals“) und Schließung von Kohlendioxid-Kreisläufen. Die Aufbereitung von Bergbauabwässern dient der Reduzierung von Umweltauswirkungen, der Erfüllung von Umweltauflagen und zunehmend auch der Wertstoffgewinnung.

Fazit: Ein lohnenswertes Investment

Es lohnt sich, in die Membranentwicklung zu investieren, so das Fazit der Autor:innen. Neue Membranmaterialien, effiziente Transport- und Trennprinzipien, selbstreinigende und -regenerierende Membranen, fluiddynamisch optimierte Membranmodule, selbstregelnde Membranprozesse, neue Membranherstellungsverfahren, die Kombination von Membrantrennung und anderen Trennverfahren und Membranreaktoren werden in diesem Positionspapier diskutiert. Zudem können Membranen als „Materials-Hub“ in der Materialforschung eine breite Wirksamkeit entfalten.

Das Positionspapier steht unter www.dechema.de/trenntechnik kostenlos zum Download zur Verfügung.

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