Inquinanti organici come i prodotti farmaceutici, pesticidi, e ormoni, anche a concentrazioni su scala nanometrica, contaminare l'acqua potabile in modo tale da comportare rischi significativi per l'uomo, animali e l'ambiente. In particolare, gli ormoni steroidei estrone, estradiolo, progesterone, e il testosterone può causare danni biologici nell'uomo e nella fauna selvatica. L'Unione Europea ha quindi fissato rigorosi standard minimi di qualità per l'acqua potabile sicura e pulita, di cui si deve tener conto anche nello sviluppo di nuove tecnologie per il trattamento delle acque.

"La sfida per la scienza è sviluppare metodi più sensibili per colpire le molecole ormonali, " afferma la professoressa Andrea Iris Schäfer, capo dell'Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) al KIT. Il problema principale è che gli ormoni steroidei sono molto difficili da rilevare nell'acqua. "C'è una molecola di ormone per ogni quintilione di molecole d'acqua. Questa è una concentrazione estremamente bassa, " spiega l'esperto.

Con le tradizionali tecnologie di trattamento delle acque, gli impianti di trattamento delle acque reflue non possono né trovare né rimuovere i microinquinanti. I ricercatori dell'IAMT e del KIT Institute of Microstructure Technology (IMT) stanno quindi lavorando a nuovi metodi non solo per rilevare e misurare i microinquinanti, ma anche rimuoverli. Una nuova, processo fotocatalitico si rivela promettente. Gli scienziati hanno rivestito una membrana polimerica a pori larghi disponibile in commercio con Pd(II)-porfirina, un contenente palladio, molecola sensibile alla luce in grado di assorbire le radiazioni visibili. L'esposizione a radiazioni con luce solare simulata avvia un processo chimico che produce il cosiddetto ossigeno singoletto, una specie altamente reattiva dell'ossigeno. L'ossigeno singoletto "attacca" specificamente le molecole ormonali e le converte in prodotti di ossidazione potenzialmente sicuri. "È fondamentale rivestire la superficie di ciascun poro con la molecola fotosensibilizzante, aumentando la superficie di attacco, " spiega Roman Lyubimenko, uno scienziato presso IAMT e IMT.

La decomposizione chimica degli ormoni steroidei e la filtrazione di altri microinquinanti possono essere realizzate in un unico modulo. Con questo processo, in un'ora è possibile filtrare da 60 a 600 litri di acqua per metro quadrato di membrana. Gli scienziati sono stati in grado di ridurre la concentrazione di estradiolo, l'ormone steroideo biologicamente più attivo, del 98 percento da 100 a 2 nanogrammi per litro. "Ciò significa che siamo già molto vicini al valore obiettivo dell'UE di un nanogrammo per litro, " sottolinea Schäfer. Il prossimo obiettivo del team di ricerca è ottimizzare ulteriormente il processo fotocatalitico e trasferirlo su scala più ampia. Le questioni aperte sono scoprire quanta intensità luminosa e quanta porfirina saranno necessarie e se il costoso palladio del platino gruppo di metalli può essere sostituito da altri metalli.