L'acqua è vitale, quindi le acque reflue devono essere pulite nel modo più efficiente possibile. Le membrane ceramiche lo rendono possibile. Ricercatori del Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS di Hermsdorf, La Germania è stata in grado di ridurre significativamente i limiti di separazione di queste membrane e di filtrare in modo affidabile le molecole organiche disciolte con una massa molare di soli 200 Dalton. Anche le acque reflue industriali possono quindi essere pulite in modo efficiente.

Chi si è trascinato lungo un soleggiato sentiero costiero in piena estate con poca acqua nella borsa sa fin troppo bene:senza acqua, non possiamo farcela troppo a lungo. L'acqua è uno dei fondamenti della vita. Nell'industria, l'acqua è d'obbligo, anche:in molti processi produttivi, serve come solvente, detergente, raffreddare o trasferire calore. Man mano che si consuma sempre più acqua, le acque reflue devono essere trattate e riutilizzate. Le membrane ceramiche offrono un buon modo per farlo:poiché sono separate meccanicamente, come un filtro per il caffè, sono particolarmente efficienti dal punto di vista energetico. Però, questo metodo in precedenza si concludeva quando si raggiungeva una dimensione molecolare di 450 Dalton:le molecole più piccole non potevano essere separate con membrane ceramiche. Secondo gli esperti, si riteneva addirittura impossibile scendere al di sotto di questo limite.

Molecole fino a 200 Dalton possono essere separate

Dott. Ingolf Voigt, Dott.-Ing. Hannes Richter e Dipl.-Chem. Petra Puhlfuerss del Fraunhofer IKTS ha raggiunto l'impossibile. "Con le nostre membrane ceramiche, abbiamo raggiunto, per la prima volta, un limite di separazione molecolare di 200 Dalton – e, in tal modo, una qualità completamente nuova, "dice Voigt, Vicedirettore dell'istituto dell'IKTS e responsabile del sito di Hermsdorf.

Ma come hanno fatto i ricercatori a farlo? Sulla strada per rendere possibile l'impossibile, è stato prima necessario superare vari ostacoli. Il primo è stato nella produzione della membrana stessa:se tali piccole molecole dovessero essere separate in modo affidabile, occorreva una membrana che avesse pori più piccoli delle molecole da separare. Inoltre, tutti i pori dovevano essere il più simili possibile nelle dimensioni, poiché una singola apertura più grande è sufficiente per consentire alle molecole di scivolare attraverso. La sfida era quindi quella di produrre pori il più piccoli possibile, con tutti loro che hanno più o meno la stessa dimensione. "Abbiamo ottenuto questi risultati perfezionando la tecnologia sol-gel, "dice Richter, Capo del dipartimento dell'IKTS. Il secondo ostacolo era rendere tali strati di membrana privi di difetti su superfici più grandi. I ricercatori Fraunhofer sono riusciti a farlo, anche. "Mentre di solito vengono rivestiti solo pochi centimetri quadrati di superficie, abbiamo dotato un impianto pilota di una superficie a membrana di 234 mq, il che significa che la nostra membrana è di parecchie magnitudini più grande, " spiega Puhlfuerss, scienziato presso l'IKTS.

Trasferimento dal laboratorio alla pratica

Commissionato da Shell, il sistema pilota è stato costruito dalla società Andreas Junghans – Anlagenbau und Edelstahlbearbeitung GmbH &Co. KG a Frankenberg, Germania e si trova ad Alberta, Canada. Lì il sistema purifica con successo le acque reflue dal 2016, che viene utilizzato per l'estrazione di petrolio dalla sabbia bituminosa. I ricercatori stanno attualmente progettando un impianto di produzione iniziale con un'area della membrana di oltre 5, 000 metri quadrati.

Le innovative membrane ceramiche offrono vantaggi anche nei processi produttivi industriali:possono essere utilizzate per depurare le correnti parziali direttamente nel processo oltre che per guidare l'acqua depurata nel ciclo, che fa risparmiare acqua ed energia.

Per lo sviluppo della membrana di nanofiltrazione ceramica, Dott. Ingolf Voigt, Dott.-Ing. Hannes Richter e Dipl.-Chem. Petra Puhlfuerss ha ricevuto quest'anno il Premio Joseph von Fraunhofer. La giuria motiva il premio citando, tra l'altro, "la prima realizzazione in assoluto per applicazioni di filtrazione all'interno di questa classe di materiali."