Moderne Filtrationstechnologien ermöglichen heute nicht nur die Wiederverwendung von Industrieabwasser, sondern machen es auch praktikabel und rentabel . Diese Innovationen revolutionieren Branchen wie Landwirtschaft, Biotechnologie, Lebensmittelproduktion sowie Öl und Gas. Sie steigern die Kapazität und Lebensdauer von Aufbereitungsanlagen, unterstützen Unternehmen bei der Einhaltung neuer Standards und Richtlinien und reduzieren den CO₂-Fußabdruck. So spart beispielsweise das Wasseraufbereitungsprojekt des East Bay Municipal Utility District in Kalifornien jährlich rund 5.5 Milliarden Gallonen Frischwasser.
Diese Technologien verwandeln Abfall durch höhere Effizienz und bessere Nährstoffaufnahme in Gewinn und sind damit bahnbrechend. Und das Beste: Sie sparen Unternehmen jede Menge Frischwasser, senken Kosten und entschärfen den Wettbewerb um diese wertvolle Ressource.
Abwasser und die Notwendigkeit von Lösungen für die globale Wasserknappheit
Wasser ist die Lebensader unseres Planeten, doch wir betrachten es oft als selbstverständlich. Weltweit produzieren Industrien täglich riesige Mengen an Abwasser, von dem 80 % nicht aufbereitet oder wiederverwendet werden . Tatsächlich landet etwa ein Sechstel des weltweiten Süßwasserverbrauchs als Industrie- und Landwirtschaftsabwasser – das entspricht Hunderten von Milliarden Gallonen täglich.
Wenn Unternehmen verantwortungsvoll damit umgehen, tragen sie hohe Kosten und einen hohen Aufwand für die Entfernung, Aufbereitung und Entsorgung von Abwassernebenprodukten. Leider wird das Abwasser oft einfach weggeworfen, was zu Umweltverschmutzung führt und den Wettbewerb um Frischwasser zwischen Industrie und Bevölkerung verschärft.
Das Problem neu überdenken
Angesichts der sich verschärfenden globalen Wasserkrise überdenken viele Branchen ihren Umgang mit dieser wertvollen Ressource. Immer mehr Unternehmen konzentrieren sich auf die Aufbereitung und Wiederverwendung von Industrieabwasser. Dies stellt jedoch weiterhin erhebliche und kostspielige Herausforderungen dar.
Was wäre, wenn sich das Problem in eine Lösung verwandeln ließe? Was wäre, wenn Abwasser in eine wertvolle Ressource umgewandelt werden könnte, die Betriebskosten senkt, Nachhaltigkeitsinitiativen unterstützt und die Produktrückgewinnung verbessert? Würde das einen ausreichenden Unterschied machen?
Die wirtschaftlichen Auswirkungen des Abwassermanagements auf die Industrie
Eine mangelhafte Bewirtschaftung von Industrieabwässern hat schwerwiegende wirtschaftliche Folgen, insbesondere für die Produzenten. So muss beispielsweise ein Geflügelbetrieb unter Umständen die fünf- bis zehnfache Wassermenge aufbereiten und entsorgen, die er zur Produktion von Proteinprodukten benötigt. Dasselbe gilt für die Öl- und Gasindustrie, wo das Verhältnis von Wassermenge zu produziertem Erdöl zwischen fünf und neunzig Prozent liegen kann. Dieses Problem bleibt oft verborgen, bis Wasserknappheit die Kontinuität oder Ausweitung der Produktion gefährdet.
Mit dem fortschreitenden Klimawandel wird die Verfügbarkeit von Ressourcen zunehmend schwieriger. So stiegen beispielsweise die Wasserkosten in 30 großen US-Städten zwischen 2010 und 2015 um 41 %. In Phoenix könnten die Wasserkosten für Verbraucher zwischen 2022 und 2025 um 48 % steigen, wenn sie ihr Wasserverbrauchsverhalten nicht ändern. Diese Entwicklung hat erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Betriebs von Einrichtungen und bindet diese enger an die Energiekosten.
Im boomenden Bioproduktionssektor deuten Prognosen darauf hin, dass für die Produktion biosynthetischer Produkte und die Entsorgung der entstehenden Abfälle etwa das Zehnfache der derzeitigen Flüssigkeitskapazität benötigt wird. Diese Branche hat erhebliches Interesse von Risikokapitalgebern auf sich gezogen, doch nachhaltige Ergebnisse in der Bioproduktion sind mit Wasserbeschränkungen verbunden. Ein sorgfältigeres Wassermanagement während des gesamten Produktionsprozesses erhöht die Rentabilität dieser Branche.
In einigen Regionen hat Wasserknappheit zu massiven Lebensmittelpreissteigerungen geführt. Dies gilt insbesondere für die Bundesstaaten rund um das Colorado-Flussbecken und das kalifornische Central Valley, ein wichtiges Anbaugebiet für US-amerikanische Spezialprodukte der Landwirtschaft. Im Jahr 2022 stiegen die Lebensmittelpreise um 9.9 % – der stärkste Anstieg seit 1979. Aufgrund der historisch niedrigen Wasserverfügbarkeit für Industrie und Landwirtschaft werden derzeit Kürzungen des Wasserverbrauchs angeordnet oder diskutiert, was den wirtschaftlichen Druck weiter erhöht.
Rechtliche Herausforderungen und die EPA
Die EPA-Vorschriften zur Abwasserbehandlung und -wiederverwendung werden immer strenger. Sie sind zwar zum Schutz der Umwelt und der öffentlichen Gesundheit notwendig, können aber auch geschäftliche Herausforderungen mit sich bringen.
In zwei Schlüsselbereichen werden Regulierungen eingeführt: Wasserrechte und branchenspezifische Schadstoffe. Bundesstaaten wie Kalifornien, Arizona und Nevada haben sich verpflichtet, den Wasserverbrauch in den nächsten drei Jahren deutlich zu reduzieren, was vor allem die Landwirtschaft betrifft. Darüber hinaus arbeitet die Fleisch- und Geflügelindustrie mit der EPA zusammen , um die Einleitung von Fetten und Ölen in Abwässer zu verbessern. Der von der EPA vorgeschlagene Regelungsentwurf umfasst drei Optionen. Die bevorzugte Option sieht strengere Grenzwerte für Stickstoff und Phosphor im Abwasser sowie neue Vorbehandlungsstandards für Öl, Fett, Gesamtfeststoffe und biochemischen Sauerstoffbedarf vor.
Trotz strikter Einhaltung von Vorschriften können lokale Gesundheitsprobleme und Umweltzerstörung weiterhin öffentliche Empörung auslösen. Im April 2023 verklagte ein Bündnis aus 13 Gruppen die EPA, um die Vorschriften zur industriellen Gewässerverschmutzung zu verschärfen und so die öffentliche Gesundheit zu verbessern. Selbst im Erfolgsfall bleibt das öffentliche Ansehen und Vertrauen in die EPA verbesserungsbedürftig. Anfang 2023 verursachte eine Zugentgleisung in Ohio nicht nur unmittelbare Umweltschäden, sondern warf auch langfristige Bedenken hinsichtlich der Wassersicherheit und der Wirksamkeit von Regulierungen auf und unterstrich die dringende Notwendigkeit weiterer Maßnahmen zur Verhinderung künftiger Umweltkrisen.
Der Weg nach vorn: Wiederverwendung von Abwasser
In manchen Regionen war Wasser traditionell weder teuer noch eine so große Herausforderung. Daher ist es in Geschäftsgesprächen selten die erste nachhaltige Ressource, die erwähnt wird. Doch auch das ändert sich, da Wasserknappheit zunehmend in den Schlagzeilen gerät und zur Entwicklung zwischenstaatlicher Ziele für die Wassersicherheit führt.
Der Weg ist klar: Wasser vor Ort wiederverwenden. Führen Sie eine fortschrittliche Aufbereitung durch, die Wasser in unterschiedlichen Qualitäten erzeugt – manches davon eignet sich für die Wiederverwendung als Trinkwasser, manches für die Verwendung als Brauchwasser, beispielsweise zum Abwaschen von Böden, für die Toilettenspülung oder zum Reinigen von LKWs. Bewegen Sie die Industrie zu einem besseren Umweltschutz und einer stärker umweltbewussten Wiederverwendung, um der Wasserknappheit entgegenzuwirken.
All dies beginnt mit der Entwicklung der Technologie, die dies ermöglicht.
Die Achillesferse der Filtrationstechnologien
Bisher war die Abwasserbehandlungstechnologie unzureichend. Viele Methoden zerstören wertvolle Nebenprodukte und sind teuer in Installation und Wartung. Membranbioreaktoren (MBRs) beispielsweise entfernen organische Stoffe und Stickstoff und eliminieren so wertvolle Nährstoffe und Verbindungen aus dem Abwasserstrom.
Membranen zählen zu den besten Methoden der Abwasserfiltration. Ähnlich wie ein Kaffeefilter basiert die industrielle Membranfiltration auf dem Prinzip des Größenausschlusses und lässt nur bestimmte Substanzen aufgrund ihrer Molekülgröße passieren. Entsalzungsanlagen nutzen beispielsweise Membranen, um Meerwasser zu entsalzen und Trinkwasser zu gewinnen. Membranen trennen den Zulaufstrom in zwei Ströme: ein sauberes, gereinigtes Permeat und ein konzentrierteres Rekonstitut, das oft wiederverwendet werden kann, wenn es wertvolle Nährstoffe enthält.
Die Membranfiltration ist zwar effektiv, hat aber einen entscheidenden Nachteil: Verstopfung. Fette, Öle, Schmierstoffe (FOG) und andere klebrige Stoffe in Abwasserströmen der Fertigungsindustrie verstopfen die Poren. Dies führt zu häufigen Reinigungen, Ausfallzeiten und Austausch, wodurch die Membrantechnologie weniger wirtschaftlich war – bis jetzt. ZwitterCo hat die erste Membran entwickelt, die gegen irreversible Verschmutzung immun ist und 5 % FOG verarbeiten kann.
Sind Membranfiltrationslösungen die Kosten wert?
Damit die Industrie Teil der Lösung sein kann, muss der Weg rentabel sein. Filtersysteme, die nicht dauerhaft verschmutzen und teuren Austausch erfordern, sind für die Wirtschaftlichkeit unerlässlich.
Ein oft übersehener Vorteil der Entfernung von Partikeln und anderen Stoffen aus Abwasser ist der Gewinn, den diese Materialien abwerfen können. Abwasser enthält häufig wertvolle Nährstoffe, die aufgefangen und als Düngemittel und Rohstoffe wiederverwendet werden können. Dies schafft zusätzliche Einnahmequellen, reduziert Abfall und bietet eine hervorragende Kapitalrendite.
Wenn landwirtschaftliche Betriebe und verwandte Industrien ihr Abwasser aufbereiten und wiederverwenden, gewährleisten sie ihre Wassersicherheit. Lebensmittelverarbeiter können aufbereitetes Wasser für nicht trinkbare Zwecke wiederverwenden, wodurch der Frischwasserbedarf gesenkt und die Wasserverfügbarkeit für zukünftiges Wachstum sichergestellt wird.
Die Vorteile liegen auf der Hand, aber wie können wir die Einschränkungen der aktuellen Filtertechnologien überwinden?
Raffinierte Chemie: Zwitterionische Copolymere
ZwitterCo hat eine Lösung entwickelt: eine einzigartige Membrantechnologie auf Basis zwitterionischer Copolymere , einem innovativen Material, das an der Tufts University erforscht wurde. Zwitterionen waren zwar bereits bekannt, der Durchbruch bestand jedoch darin, sie in wässrigen Lösungen funktionsfähig zu machen. Diese Copolymere sind extrem hydrophil und binden Wassermoleküle so stark, dass klebrige Verbindungen wie Öle und Fette die Membran nicht durchdringen können. Dank dieser hydrophilen, also wasserliebenden Eigenschaft, entsteht eine neue Membran – eine Membran, die immun gegen irreversible Verschmutzung ist.
Hochmoderne Membrantechnologie
Da diese Membranen auf einer völlig anderen chemischen Basis aufgebaut sind, verstopfen sie in bisher nicht filterbaren Abwasserströmen nicht so leicht. Sie lassen sich leicht mit Wasser oder milden Chemikalien reinigen und behalten ihre Filtrationseffizienz wie im Neuzustand. Dadurch wird die Extraktion oder Konzentration organischer Stoffe in diesen Strömen und deren Aufbereitung in Wertstoffe deutlich kostengünstiger, während die Wasserrückgewinnung optimal läuft.
Diese revolutionären Membranen bieten eine nachhaltige Lösung für die Abwasserbehandlung, indem sie Verstopfungen verhindern und den Bedarf an häufigen Austauschvorgängen reduzieren. In der Gärrestindustrie erhöhen sie die Erfassung wertvoller Nebenprodukte zur Verwendung als Dünger oder zum Verkauf und reduzieren so den Bedarf an Abtransport und Ausbringung, einem stinkenden Prozess mit Umweltverschmutzungspotenzial. Dies ist nur ein Beispiel dafür, wie unsere Technologie in verschiedenen Szenarien effektiv eingesetzt werden kann.
Reduzierung des industriellen Wasser-Fußabdrucks: Der Strom fließt in die richtige Richtung
Die Herausforderungen im Abwassermanagement sind beträchtlich, doch innovative Lösungen wie die von ZwitterCo entwickelten Membranen ermöglichen es der Industrie, ihren Wasserverbrauch durch die effektive Aufbereitung und Wiederverwendung von Abwasser zu reduzieren. Dadurch können sie die zunehmenden regulatorischen Anforderungen besser erfüllen, wertvolle Nebenprodukte gewinnen und beides kosteneffizient umsetzen. Die Verringerung der Umweltbelastung verbessert zudem die Beziehungen zu Investoren und Kunden und stärkt das Vertrauen der Öffentlichkeit. Jüngste Entwicklungen, wie die Bemühungen Kasachstans um ein verbessertes Wassermanagement, sind ermutigende Anzeichen dafür, dass Industrie und Politik die Bedeutung dieses Themas erkennen.
QUELLEN:
- https://www.epa.gov/east-palestine-oh-train-derailment
- https://bayoucitywaterkeeper.org/were-suing-over-billions-of-gallons-of-industrial-wastewater/
- https://www.ers.usda.gov/data-products/food-price-outlook/summary-findings/#:~:text=In%202022%2C%20food%20prices%20increased,prices%20increased%20by%207.7%20percent.
- https://www.azcentral.com/story/news/local/phoenix/2023/07/07/phoenix-water-rates-increase-sharply-2023-what-you-need-to-know/70371017007/
- https://www.circleofblue.org/2015/world/price-of-water-2015-up-6-percent-in-30-major-u-s-cities-41-percent-rise-since-2010/
- https://concernusa.org/news/global-water-crisis-causes/#:~:text=At%20a%20global%20scale%2C%2044,other%20contaminants%20that%20can%20prove
- https://eurasianet.org/kazakhstan-prioritizing-water-management-measures-in-2024
