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Keramische Filtersysteme für Aquafarming in geschlossenen Kreisläufen

12.09.2018

Der weltweit steigende Bedarf an Fisch ist langfristig ohne Aquafarming nicht mehr zu decken. Um dabei die hohen Qualitätsstandards halten zu können, müssen enorme Frischwassermengen bereitgestellt werden. In einem Gemeinschaftsprojekt mit Partnern aus Forschung und Industrie entwickelten Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS keramische Filtersysteme, die das Wasser in Aquakulturen nicht nur reinigen, sondern gleichzeitig störende Geruchs- und Geschmacksstoffe adsorbieren.

Die in den letzten Jahren stark wachsende Aquafarming-Industrie bietet nicht nur große Chancen, sondern birgt auch wirtschaftliche und ökologische Probleme. Vor allem der enorme Frischwasserbedarf in geschlossenen Kreisläufen stellt die Betreiber vor einige Herausforderungen.


© Fraunhofer IKTS

Kohlenstoffmodifizierte keramische Membranen ermöglichen eine hocheffiziente Wasserreinigung beim Aquafarming.

So führt die Anreicherung von organischen Verbindungen, die beispielsweise durch die Zersetzung von Tierfäkalien und Futtermittelresten hervorgerufen werden, zu einem erdigen bzw. muffigen Geschmack der schlachtreifen Tiere. Um dieses sogenannte Off-Flavor-Problem zu lösen, müssen die Tiere vor der Schlachtung vier Wochen in einem Becken mit permanenter Frischwasserzufuhr in Trinkwasserqualität gehalten werden. Das ist ökologisch problematisch und wasser-, energie- und kostenintensiv.

Keramisches Filtersystem hält auch winzige Spurenstoff-Partikel zurück

In einem Gemeinschaftsprojekt mit Partnern aus Forschung und Industrie, darunter die Wermsdorfer Fisch GmbH, die Westsächsische Hochschule Zwickau und die Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH, entwickelten Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS um Dr. Burkhardt Faßauer eine neuartige Filtertechnik, die das Wasser in Aquakulturen effektiv reinigt und zusätzlich winzige Spurenstoff-Partikel vollständig adsorbiert.

Herzstück des Filtersystems ist ein Membranadsorber, der auf einer feinfilternden Keramikmembran basiert. Bislang kamen hier Membranen mit nur einem Filterkanal zum Einsatz. Die neu entwickelte Keramikmembran besitzt eine 19-Kanal-Geometrie mit einer um das Zehnfache vergrößerten aktiven Oberfläche und somit entsprechend größeren Filtrations- und Beladungskapazitäten.

Zudem wurde in den Poren der Membran Kohlenstoff infiltriert. Da Kohlenstoff eine hochporöse Mikrostruktur besitzt, können die Adsorbereigenschaften der Membran gesteigert werden. Diese Membrankombination hält somit auch muffige Geruchs- und Geschmacksstoffe zurück, die bislang mit konventionellen Methoden nicht herausgefiltert werden konnten.

Das gereinigte Wasser hingegen lässt die Membran hindurch. Es fließt in Frischwasserqualität zurück in die Fischbecken, was den Frischwasserverbrauch stark reduziert. Ist der Membranadsorber nach längerem Einsatz mit adsorbierten Schmutzpartikeln voll beladen, wird er mit heißem Dampf gereinigt und kann danach wieder verwendet werden.

Praxistest in Aquakulturanlagen

Bislang wurde erfolgreich der Funktionsnachweis des Membranadsorbers im Labormaßstab erbracht. Weiterführende Arbeiten zielen nun auf die Erprobung des Filtersystems in größeren Aquakulturanlagen, bei der eine Wassereinsparung von bis zu 10 000 Liter pro Tonne Fisch zu erwarten ist.

»Dieses keramische Filtersystem liefert einen wesentlichen Beitrag zur Einsparung der Ressource Wasser in der wachsenden Aquafarming-Industrie. Es kann darüber hinaus ein Schlüsselelement zur kosteneffizienten Kreislaufschließung von neuen innovativen Prozessketten wie der Aquaponik sein, bei der Fisch- und Pflanzenproduktion räumlich und verfahrenstechnisch eng miteinander verknüpft werden«, erklärt Dr. Faßauer.

Weitere Informationen:

https://www.dresden.fraunhofer.de/de/events/early_morning_science.html

Dipl.-Chem. Katrin Schwarz | Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

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