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Nano-Rost gegen Arsen im Trinkwasser
21.11.06 – Duncan Graham-Rowe
Forscher an der Rice University haben Nanopartikel aus Rost entwickelt (Aufsatz in "Science", die eine ganz besondere Eigenschaft haben: Sie können zur Bindung von Arsen in verunreinigtem Trinkwasser verwendet werden, das sich anschließend mit einem einfachen Magneten herausziehen lässt.
Das Prinzip hinter dieser Entwicklung ist relativ trivial: Arsen lagert sich gerne an Rost an. Und da dieser nicht anderes als ein Eisenoxid ist, ist er normalerweise auch magnetisch, wie die Leiterin des Projektes, Chemieprofessorin Vicki Colvin vom "Center for Biological and Environmental Nanotechnology" der Rice University, sagt.
Mit Hilfe der neuen Technik könnten womöglich Millionen von Trinkwasserquellen gereinigt werden, die mit gefährlichen Arsen-Konzentrationen verunreinigt sind. Laut der Weltbank leben bis zu 65 Millionen Menschen in Regionen, in denen es aufgrund durch Arsen-Vergiftungen zu Gesundheitsproblemen kommt - vor allem wegen dieser verseuchten Quellen. Die Situation ist derart prekär, dass es inzwischen einen mit einer Million Dollar dotierten Wettbewerb gibt, um eine Lösung für das Problem zu finden, die so genannte "Grainger Challenge".
Die Arsen-Verseuchung beträfe nicht nur die Entwicklungsländer, wie Proctor Reid erklärt, der als Direktor der US-Nationalakademie für Ingenieurwesen in Washington den Preis ausgeschrieben hat. "Auch in amerikanischen Regionen wie New Mexico steckt Arsen in einigen Quellen."
Ruß sei für seine arsenbindenden Eigenschaften bekannt, erläutert Scott Fendorf, Trinkwasser-Experte an der Stanford University. Viele der bestehenden Filterverfahren nutzten reguläres Eisenoxid bereits als "Müllmann".
Rost-Nanopartikel sind allerdings noch deutlich effizienter, weil sie eine größere Oberfläche bieten. Komplexe und teure Maschinen bräuchte man dafür aber nicht. "Je kleiner die Partikel sind, umso weniger Material benötigt man, um das Wasser zu behandeln."
Bislang glaubte die Forschung allerdings, dass die Verwendung solcher Rost-Nanopartikel in Größen um 10 Nanometer kräftige Elektromagneten benötigten, um Felder zu generieren, die stark genug sind, die Kräfte zur überwinden, die das Material im Wasser hält.
Colvin und ihr Team zeigten nun aber, dass selbst Magnete mit wenig Leistung dazu in der Lage sind: "Die Partikel interagieren nämlich miteinander." Sie verhielten sich daher wie ein größerer Magnet und ließen sich dadurch auch so behandeln.
Im Experiment konnten die Rice-Forscher so zeigen, dass sich Arsen-verseuchtes Wasser problemlos dekontaminieren ließ. Der Arsen-Anteil lag später bei deutlich unter dem Grenzwert der US-Umweltbehörde.
Aktuell verwendet man zur Arsen-Entfernung verschiedene Techniken wie Zentrifugen und Filtersysteme. Diese benötigen aber viel Strom und sind oft schwer zu transportieren - in ländlichen Gebieten der Dritten Welt also kaum einzusetzen. "Die Technik muss so einfach wie möglich sein", meint "Grainger Challenge"-Mann Reid.
Der Ansatz von Colvin sei hier durchaus praktikabel. Obwohl die Forscherin bei ihren ersten Versuchen auf verhältnismäßig teure Nanomaterialien setzten musste, ist sie optimistisch, dass sich ultrakleine Rost-Partikel auch auf anderem Weg leicht und kostengünstig herstellen lassen werden. Die außerdem notwendigen Magneten könnten dann aus weggeworfenen Festplatten stammen, die nicht selten auf den Müllkippen der Dritten Welt landeten, wie Colvin meint.
Stanford-Forscher Fendorf sieht in dem neuen Verfahren einen ebenfalls einen deutlichen Fortschritt. Allerdings sei die Arsen-Entfernung nur ein Teil des Problems. Eine ungeklärte Frage sei beispielsweise noch, was mit dem Giftstoff passieren soll, wenn er aus dem Wasser entnommen wurde. Schließlich stelle er auch dann noch eine Gesundheitsgefahr dar.
Übersetzung: Ben Schwan.
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