AquaSan: Entfernung von Spurenstoffen aus Wasser durch funktionalisierte Textilbeschichtungen

Herausforderung Spurenstoffe im Wasser

Regelmäßige Kontrollen bescheinigen dem Trinkwasser in Deutschland eine sehr gute Qualität. Dennoch gelangen zunehmend sogenannte Spurenstoffe – darunter besonders problematische „Ewigkeitschemikalien“ wie PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) und Bisphenol-A (BPA) – über Flüsse und Grundwasser in Haushalte. Um diese Belastungen zu reduzieren, sieht die EU-Kommunale Abwasserrichtlinie (KARL) ab 2045 die Einführung einer vierten Reinigungsstufe vor. Ergänzend zu den bisherigen mechanischen, biologischen und chemischen Verfahren soll diese zusätzliche Stufe gezielt organische Spurenstoffe z.B. aus Medikamenten und Kosmetika entfernen.

Ziel und Ansatz des Forschungsprojekts „AquaSan“

Hier setzt das Projekt „AquaSan“ an: Ein Verbund aus Forschungseinrichtungen und KMU entwickelt ein neues, auf Aktivkohle basierendes Adsorptionsverfahren und erarbeitet damit eine Alternative zu energieintensiven Verfahren wie der Ozonierung, das organische Moleküle in kleinere Bruchstücke aufspaltet, um sie abbauen zu können. Aktivkohle ist eine hochporöse Kohle, die Giftstoffe, Gerüche und Gase adsorbiert, erklärt Prof. Dr. Stéphan Barbe von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln. „Sie hat eine enorme Oberfläche, bindet organische Schadstoffe wie ein Schwamm und transportiert sie aus der Umgebung ab.“ Da die Konzentration von Spurenstoffen im Wasser meistens sehr niedrig ist, sind konventionelle Aktivkohlepellets aufgrund ihrer langsamen Porendiffusion und ungleichmäßigen Durchströmung aber nur begrenzt wirksam.

Innovative Aktivkohlebeschichtung auf Textilien

Der innovative Ansatz von AquaSan besteht darin, Trägermaterialien, sogenannte textile Abstandgewirke, mit Aktivkohle-Mikro- und Nanopartikeln zu beschichten und ein modulares textiles Reaktorsystem zu entwickeln. Textile Abstandsgewirke kombinieren eine große Adsorptionsfläche mit einem geringen Strömungswiderstand und bewirken eine deutlich dynamischere und gleichmäßigere Adsorption von PFAS und BPA aus dem Wasser. „Wir gehen von einer guten Regenerierbarkeit sowie Wiederverwendbarkeit der beschichteten Materialien aus. Die offene Struktur der Trägermaterialien sollte zudem das Biofouling-Risiko (Anreicherung von pflanzlichen und tierischen Mikroorganismen) reduzieren und die mechanische Beanspruchung der adsorptiven Schicht geringhalten, ergänzt Prof. Dr. Stéphan Barbe.

Validierung und Praxiseinsatz an realen Standorten

Das textile Reaktorsystem soll modular, skalierbar und der jeweiligen Belastung entsprechend durch die Wasserbeströmung entwickelt werden, um unterschiedliche Einsatzszenarien abzudecken. Geplant ist die Entwicklung von insgesamt sechs Reaktoren: drei im Labormaßstab, drei im Demonstrationsmaßstab. Die Validierung des Systems wird direkt an realen Standorten stattfinden — darunter ein Wasserwerk, eine kommunale Kläranlage sowie eine Grundwassersanierung — und ermöglicht somit eine schnelle Überführung in die praktische Anwendung. „Dieser sorgfältig abgestimmte Verbund vereint Partner aus der gesamten Wertschöpfungskette, von der Materialentwicklung bis hin zur endgültigen Anwendung in verschiedenen Abwasseraufbereitungsanlagen,“ so Prof. Dr. Stéphan Barbe.

Rolle der TH Köln im Verbundprojekt

Die TH Köln fungiert im Projekt „AquaSan“ als Schlüsselpartner für Materialentwicklung, Konstruktion und Analytik. Prof. Dr. Stéphan Barbe hat mit seiner Arbeitsgruppe bereits eine erste Generation von BPA-Adsorbern entwickelt. Die mit feindispersen Aktivkohlepartikeln beschichteten High-Impact-Polystyrol-Füllkörper (HIPS, siehe Abbildung) zeigen eine sehr gute Adsorption von BPA in einem Bereich von 0,5 bis 20 µg/L (BPA-Grenzwert = 2,5 µg/L ). „Diese Adsorber der ersten Generation zeigen gute Ergebnisse, jedoch ist ihre Skalierbarkeit sehr begrenzt. Die Übertragung unserer kostengünstigen Technologie auf Textilien bietet eine attraktive Möglichkeit, den Prozess in sehr großem Maßstab einzusetzen“, erklärt Prof. Dr. Stéphan Barbe.

Die instrumentelle Analytik des Projektes wird in der Chemical and Environmental Analytics Core Facility (ChEAF) am Campus Leverkusen gebündelt und stellt eine einheitliche und vergleichbare Auswertung der Projektergebnisse sicher. Unter der Leitung von Prof. Dr. Viktoriia Wagner und Prof. Dr. Matthias Hochgürtel werden Spurenstoffe im ultra-niedrigen Konzentrationsbereich analysiert und über die gesamte Projektdauer Wasserproben für die beteiligten Partner analysiert und ausgewertet.

Partner und Förderung des Verbundprojekts

Zum Verbund von AquaSan gehören die TinniT Technologies GmbH, IEG Technologie GmbH, Essedea GmbH & Co. KG, engtec GmbH sowie das Deutsche Institut für Textil- und Faserforschung Denkendorf. Die Förderung erfolgt durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt mit rund 510.000 Euro. Der Startschuss für das Verbundprojekt erfolgte im Rahmen eines Kickoffs am 27.01.2026 am Campus Leverkusen der TH Köln.