Wasser – Flüssiges Gold

Innovationen für sauberes Wasser – Patentanmeldungen steigen an

Jährlich werden herausragende Erfindungen mit dem Erfinderpreis des Europäischen Patentamtes geehrt. In diesem Jahr ging diese Auszeichnung u. a. auch an das dänische Erfinderteam Peter Holme Jensen, Claus Hélix-Nielsen und Danielle Keller. Ihre geniale Erfindung (EP1885477 und EP1937395) dient der Wasseraufbereitung und nimmt sich die Natur zum Vorbild. Kernstück der Innovation ist eine mit Aquaporinen beschichtete Membran. Aquaporine sind Proteine, die in allen Lebewesen und Zellmembranen vorkommen. Sie lassen Wasser durch die Membran passieren, halten aber andere Moleküle und Salze zurück. Mit dieser Aquaporin-Membran gelingt es, Wasser ohne großen Energieaufwand zu reinigen. Diese neue Form der Wasseraufbereitung ist sowohl für die Trinkwassergewinnung aus Meerwasser als auch für die Gewinnung von Reinstwasser für die Industrie bestens geeignet.

 

Auch in der Leibniz-Gemeinschaft wird an dem Thema Wasseraufbereitung intensiv geforscht. Das Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) in Saarbrücken ist auf dem Gebiet der Trinkwassergewinnung aus Meerwasser aktiv. Unter Junior-Prof. Dr. Volker Presser wird die Methode der kapazitiven Entionisierung erforscht und weiterentwickelt1. Hierbei wird Salzwasser zwischen porösen Aktivkohle-Elektroden hindurchgeleitet. Nur durch das Anlegen einer ca. 1 Volt-Spannung werden die geladenen Teilchen aus dem Wasser gezogen und in den porösen Aktivkohle-Elektroden festgehalten –  übrig bleibt Süßwasser. Die Aktivkohle, ein Hauptelement der Technologie, ist preiswert und ein nachwachsender Rohstoff. Im Vergleich zu den konventionellen Verfahren der Meerwasserentsalzung ist dieses Verfahren besonders energieeffizient.

 

 

Wasseraufbereitungssystem PAUL

Es gibt aber auch Situationen, da hilft die beste stationäre Wasseraufbereitungstechnologie nicht weiter. Dann kommt PAUL2 ins Spiel. PAUL rettet Leben. Er wiegt nur ca. 20 kg, braucht keinen Strom und kann leicht transportiert und problemlos von jedem gehandhabt werden. Der Name PAUL steht für Portable Aqua Unit for Lifesaving. Es handelt sich um ein tragbares Trinkwasseraufbereitungssystem in Form eines Rucksacks, entwickelt von der Universität Kassel. Das Prinzip ist einfach: oben wird verschmutztes Wasser eingefüllt, am Auslasshahn kann nach kurzer Zeit trinkbares Wasser entnommen werden. PAUL kann so bis zu 1.200 Liter Wasser täglich filtern und damit ca. 400 Menschen versorgen. Eine Filtermembran in PAUL verfügt über mikroskopisch kleine Öffnungen, die die meisten Bakterien herausfiltert, wie z. B. auch Cholerabakterien. Der Wasserrucksack beseitigt 99 Prozent aller Krankheitserreger. Ärzte ohne Grenzen und andere Hilfsorganisationen wenden PAUL mit Erfolg in Krisengebieten an, wenn die Trinkwasserversorgung zusammengebrochen ist.

 

So viele Innovationsaktivitäten auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung sind bemerkenswert. Da stellt sich die Frage, ob ein gestiegener Bedarf an sauberem Wasser hinter dem Ganzen steckt. Wie steht es um die Wasserversorgung der Menschen?

 

 

Wetterextreme nehmen zu – entweder zu wenig Wasser oder zu viel Wasser

Die Oberfläche der Erde ist zu 2/3 mit Wasser bedeckt. Scheinbar gibt es also Wasser im Überfluss, doch nur ein Bruchteil (2,5%) des Wasservorkommens auf der Erde ist Süßwasser und damit als Trinkwasser geeignet. Der große Rest ist Meerwasser (Salzwasser) und nicht für den direkten Verzehr geeignet. Der Vorrat an Süßwasser auf der Erde ist konstant, aber sehr ungleich verteilt. In Nordafrika, im Nahen Osten und in Teilen Asiens herrscht schon jetzt akuter Wassermangel. Seit einigen Jahren verstärkt sich auch der Wassermangel im Südwesten der USA, wie aktuelle Medienberichte nachdrücklich bestätigen3.

 

Bevölkerungswachstum, intensive Bewässerung in der Landwirtschaft und ein erhöhter Wasserverbrauch pro Kopf sowie klimabedingte Veränderungen der Niederschlagsmenge führen in vielen Regionen zu einer fortschreitenden Wasserverknappung. Auf der anderen Seite nehmen Extremwettersituationen zu. Auch Überschwemmungen, durch Starkregen oder etwa Tsunamis verursacht, führen zu einer Verschmutzung des Trinkwassers. Wasser wird als der Rohstoff des 21. Jahrhunderts bezeichnet – das flüssige Gold. Umso erstaunlicher ist der achtlose Umgang mit Wasser in vielen Teilen der Welt: Wertvolles Trinkwasser wird verunreinigt durch Industrieabwässer, Müll, Überdüngung und Fäkalien – dieses verschmutze Wasser ist nicht mehr als Trinkwasser zu gebrauchen. Es macht die Menschen krank, die davon trinken. Sauberes Wasser wird immer mehr zur Mangelware.

 

 

Wo ein Mangel ist, ist auch ein Markt?

Wir stellten uns die Frage: Führt der kontinuierlich steigende Mangel an sauberem Trinkwasser zu erhöhten Innovationanstrengungen auf diesem Gebiet? Eine präzise Antwort auf diese Frage liefert eine Patentrecherche, da sich das Innovationsniveau konsequenterweise in den Zahlen für Patentanmeldungen widerspiegelt. Mit den Premium-Patentdatenbanken von STN InternationalSM4 , dem weltweit führenden Online-Service für wissenschafts- und Patentinformation von FIZ Karlsruhe, können wir mit Hilfe des hochentwickelten Recherchesystems präzise Faktenrecherchen durchführen, die den Stand der Technik anhand von Patentinformationen wiedergeben. Und tatsächlich können wir oben gestellte Frage mit Hilfe einer Patentrecherche in STN International beantworten. Die nachfolgende Graphik dokumentiert einen deutlichen Aufwärtstrend bei Patentpublikationen im Bereich der Wasseraufbereitung in den Jahren 2004 bis 2013. Für 2014 liegen die finalen Anmeldezahlen noch nicht vor, sie werden aber voraussichtlich auf ähnlich hohem Niveau wie 2013 sein.

 

Die technische Reinigung von Schmutzwasser und dessen Aufbereitung zu Trinkwasser soll das leisten, was im natürlichen Wasserkreislauf nicht mehr richtig funktioniert. Regierungen und Länder, die ihre Bevölkerung nicht oder nur unzureichend mit sauberem Wasser versorgen können, werden zukünftig vermehrt diese Technologien einkaufen müssen, um gewaltsame Auseinandersetzungen um sauberes Wasser zu verhindern. Wassermangel kann laut dem earth security index5 zur politischen Destabilisierung einer Region führen, mit dem hohen Risiko einer militärischen Auseinandersetzung um das knappe Trinkwasser. Durch diesen Druck entsteht hier ein wachsender Markt für technische Lösungen der Wasseraufbereitung und Trinkwassergewinnung. Dabei sind die Verfahren vielfältig: Es gibt biologische, physikalische, chemische und membranbasierte Verfahren, um Wasser aufzubereiten. Zu den Verfahren gehört auch die Meerwasserentsalzung.

Abbildung 1: Internationale Patentpublikation im Bereich der Wasseraufbereitung in den Jahren 2004 bis 2013, Recherche in der STN Datenbank Derwent World Patents Index von Thomson Reuters

Länderverteilung der Patente

Abbildung 2: Verteilung der Patentanmeldungen auf Länder im Bereich Wasseraufbereitung in den Jahren 2004 bis 2013. WIPO steht für World Intellectual Property Organisation und EPO für European Patent Office
Abbildung 2: Verteilung der Patentanmeldungen auf Länder im Bereich Wasseraufbereitung in den Jahren 2004 bis 2013. WIPO steht für World Intellectual Property Organisation und EPO für European Patent Office

In welchen Ländern wird am meisten für die Technologie der Wasseraufbereitung aufgewendet, wo wurden die Zeichen der Zeit erkannt und begonnen, in den Rohstoff des 21. Jahrhunderts zu investieren? Die folgende statistische Auswertung (Abb. 2) zeigt deutlich, dass in asiatischen Ländern, allen voran China, ein großer Markt für technische Lösungen zur Wasseraufbereitung entsteht. Die meisten Patentanmeldungen gibt es in China, Japan und Korea: Insgesamt werden dort über 60% der Patente für Wasseraufbereitung registriert. Diese Dominanz ist plausibel, denn in Asien wird die Versorgung der Bevölkerung mit sauberem Wasser immer dringender. Schon jetzt leben dort mehr als 60% der Weltbevölkerung.

 

Betrachtet man die steigenden Patentanmeldezahlen im Bereich der Wasseraufbereitung, so hat der Kampf um das flüssige Gold längst begonnen und die Claims werden abgesteckt. Ein neuer, wachsender Markt bildet sich rund um das teure Nass.

 

Redaktion: HAU/BAB