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Peter Holme Jensen, Claus Hélix-Nielsen and Danielle Keller

Energiesparende Wasserfilter

Dänemark

Preview image for the video "Peter Holme Jensen & team - Energy-efficient water purification".

Preiskategorie

Kleine und mittlere Unternehmen

Technisches Gebiet

Verfahrenstechnik

Firma

Aquaporin

Der Durst der High-Tech-Elektronikindustrie ist nicht zu stillen – ihr Bedarf an ultrareinem Wasser, auch Reinstwasser genannt, steigt ständig. Wie sich gezeigt hat, sind die herkömmlichen Verfahren zur Wasseraufbereitung jedoch sehr energieintensiv und nicht nachhaltig. Abhilfe versprechen nun die Wasserfilter, die der Däne Peter Holme Jensen und sein Team erfanden: nach dem Vorbild natürlich vorkommender Reinigungsproteine, der "Aquaporine", bieten sie ein energiesparendes Verfahren zur industriellen Herstellung von absolut reinem Wasser.

Gewinner des Europäischen Erfinderpreises 2014 in der Kategorie KMU

Die Erfindung nutzt die natürliche Bewegung von Wasser zwischen den Zellen und die Eigenschaften der Proteine, die sie ermöglichen. Diese sog. "Aquaporine" lassen Wasser durch die Zellmembranen passieren, Salze und Mineralien jedoch nicht. Dieses Prinzip haben die Erfinder in ihre "Biomembran"-Technologie integriert.

Bei der herkömmlichen Wasseraufbereitung wird Rohwasser unter hohem Druck durch immer feinporigere Filter geleitet. Dieses Verfahren benötigt sehr viel Energie und wird zusätzlich dadurch verkompliziert, dass die Poren verstopfen können. Die Erfindung dagegen kommt ohne externen und energieintensiven hydrostatischen Druck aus. Sie nutzt die "Vorwärtsosmose" zum Transport der Wassermoleküle durch eine Membran, in deren Trägerschicht Aquaporine integriert sind.

Gesellschaftlicher Nutzen

Etwa 1,5 Millionen Menschen weltweit haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Gleichzeitig braucht die Industrie immer mehr Wasser, das nicht nur sauber ist, sondern absolut rein. Mit den Aquaporin-Filtern kann Wasser in einem energiesparenden Verfahren zu Reinstwasser für industrielle Zwecke aufbereitet werden. Zudem kann die Technologie in großen Anlagen zur Meerwasserentsalzung und zur Klärung von Industrieabwasser eingesetzt werden und so erheblich zur Schonung der globalen Trinkwasservorräte beitragen.

Wirtschaftlicher Nutzen

Aquaporin-Membranen produzieren ultrareines Wasser für die Halbleiter- und die Fotovoltaik-Industrie, wo sogar winzigste Partikel Bestandteile im Nanometerbereich beschädigen könnten.

Das Volumen des Weltmarkts für Wasseraufbereitung wird derzeit auf 271 Mrd. EUR geschätzt, die jährliche Wachstumsrate beträgt 4 - 5 %. Ein Marktanteil von 21 - 22 % bzw. 58 Mrd. EUR entfällt auf den Verkauf von Ausrüstung, Technologie und Chemikalien zur Wasseraufbereitung; in diesem Bereich ist auch Wasseraufbereitungstechnologie wie die speziellen Biomembran-Filter von Aquaporin angesiedelt. 2011 schloss sich Aquaporin A/S mit der deutschen Membrana GmbH zusammen, einem der weltweit führenden Anbieter von mikroporösen Membranen für medizinische Zwecke, um die Aquaporin-Technologie in diesen Bereich zu integrieren.

Funktionsweise

Aquaporin-Proteine transportieren Wassermoleküle mittels Vorwärtsosmose selektiv und rasch durch die Membranen. Bei diesem Prozess wird Wasser durch kinetische Energie aus einem Bereich mit hoher Lösungskonzentration entlang dem Druckgradienten nach unten in einen Bereich mit niedriger Konzentration bewegt. Stellen Sie sich einen Wasserfall vor – die Schwerkraft zieht das Wasser aus der Höhe nach unten und befördert es so von einem höher gelegenen Bereich in einen niedriger gelegenen. Nur Wasser kann durch die Kanäle passieren, andere Moleküle oder Ionen nicht.

Bei biomimetischen Membranen wie sie Jensen und sein Team erfanden werden die natürlichen wasserleitenden Eigenschaften von Aquaporin-Proteinen imitiert, die in eine aktive Schicht über einem hochporösen Teflonträger eingebaut sind. Genutzt wird der Prozess der Osmose, und nur reines Wasser kann durch die engen Poren der Membranen dringen. Obwohl die Wassermoleküle nur im "Gänsemarsch" passieren können, geht das Ganze sehr rasch vor sich - gemessen wurden Durchgangsraten von 1 Milliarde Moleküle pro Kanal pro Sekunde.

Der Erfinder

Peter Holme Jensen wurde in Aarhus, Dänemark, geboren. Er ist Proteinchemiker und zusammen mit Morten Østergaard Jensen Gründer des Biotech-Unternehmens Aquaporin in der Nähe von Kopenhagen. Nach jahrelanger Tätigkeit in der Pharmabranche machte Jensen sich an seine eigene Erfindung. Dabei ging es ihm darum, neue technologische Errungenschaften nach dem Vorbild der Natur zu entwickeln. Inspiriert durch einen Freund beschäftigte er sich mit Aquaporinen und fand, was er gesucht hatte: ein in sich geschlossenes natürliches System als potenzielle Basis für eine Erfindung, die in vielen verschiedenen Bereichen bis hin zur Industrie anwendbar ist.

Wussten Sie das?

Die Naturkraft von Aquaporinen kann nicht nur zur Wasseraufbereitung, sondern auch in vielen anderen Bereichen genutzt werden. Das saubere und leistungsstarke Verfahren könnte auch eine Energiequelle der Zukunft sein. Bei Weiterentwicklung zur Nutzung in Osmosekraftwerken könnte die Aquaporin-Technologie nachhaltigen Strom liefern. Dies ist besonders interessant für Länder, die aufgrund ihrer geografischen Lage nicht auf andere Weise nachhaltig Energie erzeugen können. Die Erfinder prüfen derzeit Möglichkeiten, ihr Konzept in Pilotprojekten auszuprobieren.