Künstliche Membranen spielen eine entscheidende Rolle in der Gesundheitsversorgung, Energiespeicherung und Ressourcenrückgewinnung. Allerdings ist die Herstellung nicht umweltfreundlich. In einer Dissertation an der Universität Umeå stellt Norafiqah Ismail vom Fachbereich Chemie alternative Lösungsmittel vor, die herkömmliche toxische Lösungsmittel in Bezug auf Kosten, Nachhaltigkeit und Leistung übertreffen.
Basierend auf Ismails bahnbrechender Forschung ist es nun möglich, umweltfreundlichere künstliche Membranen herzustellen, dank Lösungsmitteln, die noch nie zuvor für die Membranherstellung verwendet wurden.
„Diese Membranen sind noch nicht auf dem Markt erhältlich, sondern wurden im Labormaßstab hergestellt“, sagt Ismail.
Künstliche Membranen haben vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Sie werden in künstlichen Nieren und Lungen sowie in verschiedenen Arten von Batterien verwendet. Diese anpassungsfähigen Membranen tragen auch zur Energieerzeugung in Brennstoffzellen bei, sorgen durch fortschrittliche Filterung für sauberes Wasser und ermöglichen eine effiziente Gastrennung – wie die Trennung von Kohlendioxid. Darüber hinaus sind sie eine Schlüsselkomponente bei der Ressourcenrückgewinnung.
Gesundheitsrisiken von Lösungsmitteln
Die Membranen können aus Polymeren, Glas, Zeolith, Metall oder Verbundmaterialien hergestellt werden. Unter diesen dominieren Polymermembranen aufgrund ihrer Erschwinglichkeit, mechanischen Eigenschaften und einfachen Produktion im großen Maßstab.
„Trotz ihres bedeutenden Beitrags zu umweltfreundlichen Prozessen und nachhaltigen Entwicklungszielen ist die Herstellung dieser unglaublichen Materialien nicht umweltfreundlich. Beispielsweise kann das beliebteste Lösungsmittel zur Herstellung von Membranen, N-Methylpyrrolidon (NMP), Fortpflanzungsstörungen verursachen und war es auch.“ ist in Europa seit Mai 2020 eingeschränkt“, sagt Ismail.
Darüber hinaus gelten die anderen am häufigsten vorkommenden Lösungsmittel wie Dioctylphthalat (DOP) als krebserregend für den Menschen, während Dibutylphthalat (DBP) möglicherweise fetale Missbildungen verursacht. Diese schädlichen Lösungsmittel stellen nicht nur eine Gefahr für die menschliche Gesundheit dar, sondern tragen auch zu Umweltschäden bei, indem sie bei der Membranproduktion große Mengen Abwasser erzeugen, die jährlich über 50 Milliarden Liter betragen. Daher ist die Suche nach umweltfreundlichen Lösungsmittelalternativen von großer Bedeutung.
Vorteile für Gesellschaft und Hersteller
In ihrer neu veröffentlichten Dissertation verwendete Ismail erstmals eine Ökobilanz, um die Nachhaltigkeit der Membranherstellung zu bewerten. Ihre Analyse verdeutlicht die Toxizität von Lösungsmitteln als Haupthindernis für eine nachhaltige Membranproduktion.
Sie geht einen Schritt nach vorne und stellt drei Lösungsmittelfamilien vor, die sowohl billiger als auch nachhaltiger sind und eine bessere Leistung als die herkömmlichen, giftigen haben. Diese neu entwickelten Membranen wurden für verschiedene Zwecke eingesetzt, beispielsweise zur Entsalzung, Dekontamination nuklearen Abwassers und zur Wasserreinigung. Sicheres und leicht zugängliches Wasser spielt eine entscheidende Rolle für den Schutz der öffentlichen Gesundheit.
„Diese Forschung hat nicht nur gesellschaftliche Auswirkungen, sondern ist auch für Membranhersteller von Bedeutung, insbesondere angesichts der Einschränkungen, die der Verwendung häufig verwendeter Lösungsmittel in Europa auferlegt werden“, sagt Ismail.
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These: Nachhaltige Membranherstellung mit umweltfreundlicheren Lösungsmitteln