Ein Filter für viele Ionen

Ein Materialwissenschaftler der ETH Zürich hat einen neuartigen Wasserfilter aus Molkeprotein und Aktivkohle entwickelt. Damit will er Wasser von verschiedenen Schwermetallen und radioaktiven Substanzen befreien.

Die Protein-Ablagerungen (Amyloid-Fibrillen) im Gehirn von Alzheimer-Patienten lieferten dem Materialwissenschaftler Raffaele Mezzenga einen entscheidenden Hinweis für seinen neuen Wasserfilter. Während die faserartigen Ablagerungen bei Betroffenen Nervenzellen absterben lassen, haben Mezzenga und sein Kollege Sreenath Bolisetty die Affinität dieser Protein-Fasern zu Schwermetallen ausgenutzt. Im Labor für Lebensmittel und weiche Materialien der ETH Zürich entwickelten sie damit eine Filtermembran, welche die Nachteile bisheriger Filter überwinden soll: Zum einen sollen sich gleich verschiedene giftige Schwermetall-Ionen und radioaktive Substanzen filtern lassen, zum anderen reichte nach Angaben der Forscher in den meisten Tests ein Filterdurchgang, um Trinkwasser-Qualität zu erhalten.

Die Amyloid-Fibrillen gewinnen Mezzenga und Bolisetty aus Molkeproteinen. Durch Erhitzung mit Säure bilden sich zähe, steife Fasern. Sie tragen die Wissenschaftler zusammen mit Aktivkohle auf eine Trägerschicht aus Zell- oder Kunststoff auf.

Diese Filtermembran haben die Wissenschaftler unter der Öffnung eines Wasserbehälters platziert. Mittels Vakuum wurde das verschmutzte Wasser aus dem Behälter durch die Membran-Schicht gesogen. Die Proteinfasern fungieren als Kleber und heften schädliche Metallionen an sich. Die Oberfläche bietet den Forschern zufolge zahlreiche Bindungsstellen dazu. Auch die Aktivkohle kann mit ihrer großen Oberfläche große Mengen von Giftstoffen absorbieren.

Getestet haben die Forscher unter anderem Quecksilberchlorid, Blei-Salze und Uran. Im Fall der Blei-Salze geben sie 99,97 Prozent an, die die Membran gebunden hat. "Die übrig bleibende Menge im Wasser liegt unterhalb der Nachweisgrenze", sagt Mezzenga. Uran habe sich zu 99,4 Prozent binden lassen und Quecksilberchlorid zu 99,5 Prozent.

Aus dem Paper geht hervor, dass sich auch verschiedene Ionen gleichzeitig filtern lassen, während die Effizienz der Membran unverändert bleibt. Da die Membran auch Metall-Cyanide filtert, sehen Mezzenga und Bolisetty zudem die Möglichkeit, etwa Gold-Cyanid aus verschmutztem Wasser zu gewinnen und daraus Gold für die Elektroindustrie zu recyceln.

"Wir haben berechnet, dass man mit einem Kilo Protein 90.000 Liter Wasser filtern kann", sagt Mezzenga. Ein Kilo koste weniger als 100 Euro. Pro Liter würde die gefilterte Flüssigkeit somit 0,0011 Euro kosten. Jedoch sind dabei die Kosten für die Aktivkohle noch nicht eingerechnet.

Bei dem Problem, dass nicht selten Keime und Bakterien durch die Aktivkohle ins Wasser gelangen, verweist Mezzenga ebenfalls auf die Technologie der neuen Membran. „Wenn die Membran lange genutzt wird, kann man sie bei hohen Temperaturen wieder steril machen, da das Material bis zu 100 Grad aushalten kann."

(jle)