Europäischer Erfinderpreis

Sauberes Wasser für Regionen in Not

2010 hatten weltweit mehr als 884 Millionen Menschen keinen Zugang zu sicherem Trinkwasser. Durch verseuchtes Wasser übertragene Krankheiten wie Durchfall und Kolibakterien- oder Rotavirusinfektionen stellen die größte Gesundheitsgefahr für Säuglinge und Kinder in Entwicklungsländern dar und verursachen jedes Jahr rund zwei Millionen Todesfälle in dieser Altersgruppe. Verschlimmert wird die Situation bei Naturkatastrophen oder kriegerischen Auseinandersetzungen. Wasserentkeimung mithilfe von ultraviolettem (UV-)Licht ist eine der wirkungsvollsten Hygienemaßnahmen zur Beseitigung von Viren und Bakterien im Trinkwasser und könnte die Sterblichkeit drastisch reduzieren. Doch bis vor Kurzem waren konventionelle UV-Entkeimungsverfahren nicht für den Einsatz in den ärmsten Gegenden der Welt geeignet, wo sauberes Wasser am dringendsten benötigt wird.

Der Haupthinderungsgrund besteht darin, dass Herstellung und Betrieb von UV-Entkeimungsanlagen sehr kostenintensiv sind - ganz zu schweigen vom notwendigen Fachpersonal und den komplizierten Pumpensystemen, die dafür sorgen, dass das Wasser gleichmäßig mit UV-Licht bestrahlt wird.

Die seit Anfang des 20. Jahrhunderts bekannte Wasserentkeimung mittels UV-Strahlung ist das modernste und effizienteste Verfahren zur Entfernung von Krankheitserregern aus dem Trinkwasser. Die beiden anderen Möglichkeiten sind das Abkochen sowie die Zugabe von Chlorbleiche. Abkochen ist mit Abstand das älteste Verfahren, um Wasser genießbar zu machen - erste Belege finden sich schon 2000 v. Chr. in Sankskrit-Schriften. Bis heute ist es die am weitesten verbreitete Methode der Wasserentkeimung, die allein in China von schätzungsweise 500 Millionen Menschen praktiziert wird. Die Kehrseite ist, dass sie der Abholzung von Wäldern und der Emission von Treibhausgasen gefährlich Vorschub leistet.

Eine Lösung für das aktuelle Problem?

Die für den European Inventor Award nominierten Erfinder Ashok Gadgil und Vikas Garud haben ein preiswertes, leicht zu installierendes tragbares UV-Wasserentkeimungsgerät entwickelt, das eine kostengünstige und einfache Wasseraufbereitung ermöglicht und ganz entscheidend dazu beitragen könnte, eines der drängendsten Probleme unserer Zeit zu lösen und sicheres Trinkwasser bereitzustellen.

Wie wichtig Wasser ist, unterstreicht die gemeinnützige Organisation "The Water Project". Sie sieht den Zugang zu sauberem Trinkwasser als Grundvoraussetzung für jegliche Art von Entwicklung an. Den Mangel daran bezeichnet sie als eine der gravierendsten Ursachen für Armut in Afrika. Dasselbe besagt auch der 3. Weltwasserentwicklungsbericht der Vereinten Nationen, dem zufolge die Geschichte einen engen Zusammenhang zwischen wirtschaftlicher Entwicklung und Wasserressourcen erkennen lässt.

Sauberes Wasser, wo man es am meisten braucht

1996 brachten Ashok Gadgil - ein Wissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory - und sein Mitarbeiter Vikas Garud ein gerade mal sieben Kilo schweres Wasserentkeimungsgerät mit dem Namen UV Waterworks auf den Markt. Es hat ungefähr die Größe eines Mikrowellenofens und desinfiziert pro Stunde 1 000 Liter Wasser mit einer energiesparenden 40-Watt-UV-Lampe. Wo es kein Stromnetz gibt, kann es über eine Autobatterie oder ein kleines Fotovoltaikmodul mit Energie versorgt werden.

Das Preis-Leistungs-Verhältnis von UV Waterworks ist beeindruckend: mit einem Energieverbrauch, der im Vergleich zum Abkochen rund 20 000 mal geringer ist, kann ein einziges Gerät rund 16 Liter Wasser pro Minute für weniger als 0,01 EUR entkeimen. Erstmals bewährt hat sich das System bei der Katastrophenhilfe nach dem Hurrikan von 1998 in der Karibik; erfolgreich eingesetzt wurde es auch im Dezember 2004 zur Trinkwasserversorgung der Überlebenden in den von dem schweren Erdbeben und dem anschließenden Tsunami verwüsteten Regionen Sri Lankas. 2010 war die Technologie bereits weltweit in mehr als zehn Ländern installiert und versorgte über zwei Millionen Menschen mit sauberem Wasser.

Abtöten von Erregern durch Licht

Ashok Gadgil griff 1992 auf das Potenzial von UV-Licht zurück, als er nach einer kompakten, energiesparenden Lösung für den weit verbreiteten, katastrophalen Wassermangel in seiner Heimat Indien suchte.

Die Nutzung von UV-Licht zur Sterilisierung war 1919 von dem amerikanischen Wissenschaftler John Keys bekannt gemacht worden, der ein Patent auf ein UV-Sterilisiergerät zur Abtötung von Keimen in Wasser oder Milch erhielt. Dabei wird eine UV-Lampe, die von einem schützenden Quartzgehäuse umgeben ist, in die Flüssigkeit eingetaucht, um eine vollständige und gleichmäßige Desinfektion zu gewährleisten.

Ausgangspunkt für die Erfindung ist ein grundlegendes biochemisches Prinzip: ultraviolettes Licht besteht aus elektromagnetischer Strahlung, deren Wellenlänge im Bereich von 10 bis 400 nm liegt und damit kürzer ist als das sichtbare Licht. Wenn man Krankheitserreger wie Viren oder Bakterien kurzzeitig - ca. 12 Sekunden lang - mit UV-Licht bestrahlt, wird ihre DNA so geschädigt, dass sie sich nicht mehr vermehren und ihre menschlichen Wirte nicht mehr infizieren können.

Andere haben das Verfahren weiterentwickelt, so etwa Charles Pole, der 1921 ein komplexes System mit strahlenförmig angeordneten Wasserrohren und Lichtreflektoren zur gleichmäßigen UV-Bestrahlung von Wasser patentieren ließ. Der große Nachteil all dieser Systeme besteht jedoch darin, dass die UV-Lampen in die Flüssigkeit eingetaucht werden müssen und sich im Laufe der Zeit organische und chemische Ablagerungen auf dem Gehäuse bilden. Diese Ablagerungen können ihrerseits gesundheitsschädlich sein und machen regelmäßige (teure) Wartungsarbeiten erforderlich. 

Durch die Platzierung der UV-Lampe über einer wassergefüllten Aufbereitungswanne konnten die beiden Erfinder das Problem der Ablagerungen und der regelmäßigen Wartung lösen. Und damit nicht genug: unter Ausnutzung der Schwerkraft und mithilfe einer ausgeklügelten Hydraulik sorgen sie für eine gleichmäßige Wasserzufuhr, die ohne Pumpen auskommt.

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