Behandlung von Grauwasser durch die Kopplung von Photovoltaikmodulen mit photokatalytisch aktiv beschichteten, dreidimensionalen Strukturen als Lichtfalle

Forschungsbericht

Zusammenfassung: In der vorliegenden Studie wurde ein adaptives System zur Nutzung von Sonnenlicht für die Aufbereitung von Grauwasser mittels Photokatalyse unter Berücksichtigung energetisch symbiotischer Effekte detailliert untersucht. Die Untersuchungen erfolgten in zwei Phasen: zunächst im Rahmen von Vorversuchen unter kontrollierten Laborbedingungen und anschließend in Feldversuchen. Zur Durchführung der Experimente wurden drei identische Reaktoren mittels 3D-Druck gefertigt und mit jeweils einer Solarzelle sowie der erforderlichen Sensorik bzw. Elektronik zur Datenerfassung und Steuerung ausgestattet. In der ersten Phase wurde die Funktionalität der Reaktoren unter einer künstlichen Lichtquelle getestet. Dabei wurde primär der Einfluss der Lichtintensität auf die photokatalytische Reaktion sowie auf den Abbau von Arzneimittelrückständen im Leitungswasser untersucht. Zudem wurde die optimale Durchflussgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Intervallen der Probenentnahme festgelegt. Bei der Konstruktion der Lichtfalle traten wiederholt Herausforderungen im Hinblick auf das Fertigungsverfahren und die Materialauswahl auf. Es konnte kein gießfähiges Material identifiziert werden, das den notwendigen Anforderungen entsprach. Durch eine Änderung des Funktionskonzepts der Lichtfalle, insbesondere hinsichtlich der Photoneneffizienz durch Anpassungen in der Geometrie, konnten jedoch alternative Materialien und Designs in Erwägung gezogen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass der Abbau von Arzneimittelrückständen im Grauwasser aufgrund der komplexen Zusammensetzung sowie der damit verbundenen Reaktionshemmungen nur teilweise zufriedenstellend war. In den Laborversuchen mit Leitungswasser wurde sowohl der Abbau von Ibuprofen als auch von Diclofenac dokumentiert. Im anschließenden Feldversuch konnte jedoch ausschließlich der Abbau von Diclofenac nachgewiesen werden. Der Einsatz eines TiO2-Katalysators führte im Feldversuch zu einer signifikanten Verkürzung der Halbwertszeit von Diclofenac. Bei der Effizienzmessung der Solarzellen im Labor stellte sich heraus, dass die Aluminium- Waben-Lichtfalle aufgrund der minimalen Verschattung der Solarzelle besonders effizient war, was zu einer höheren elektrischen Leistung im Vergleich zu anderen Lichtfallen führte. Die Analyse der Energieausbeute der Reaktoren im Feldversuch zeigte, dass ein Teil der Energie durch das Grauwasser und die Lichtfalle absorbiert wurde. Dieser Energieanteil konnte jedoch aufgrund elektronischer Messfehler und hardwarebedingter Ungenauigkeiten nicht genau quantifiziert werden. Die Temperaturmessungen zeigten, dass die Temperatur innerhalb der Reaktoren bei den vorgegebenen Dimensionen und dem festgelegten Durchfluss des Grauwassers stieg, solange die Sonneneinstrahlung nicht durch Wolken beeinträchtigt wurde. Bezüglich der synergetischen Effekte kann festgestellt werden, dass ein Potenzial zur Nutzung thermischer Energie besteht, welches jedoch unter anderem von variierenden Wetterbedingungen (z. B. Wolkenbildung) abhängt. Darüber hinaus wird das Potenzial zur thermischen Energienutzung durch die Abwassertemperatur, die Außentemperatur und systembedingte Energieverluste, wie etwa durch Wärmeabgabe an Leitungen, beeinflusst. Eine detaillierte Berücksichtigung dieser Parameter könnte zur Entwicklung eines Systems führen, das eine optimale Nutzung der Wärmeenergie gewährleistet. Zusammenfassend ergab die Funktionsprüfung der drei Reaktoren zufriedenstellende Ergebnisse. Dennoch sind weitere Untersuchungen, insbesondere unter realen Einsatzbedingungen, erforderlich, um die Effizienz des Systems weiter zu steigern

Angaben zum Objekt

• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: 1 Online-Ressource (34 Seiten)
• Sprache: Deutsch
• Anmerkungen: Illustrationen ; Literaturverzeichnis: Seite 34

Klassifikation und Themen

• Schlagwort: Fotokatalyse ; Lichtfalle ; Grauwasser ; Beschichtung ; Feldversuch

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): Ohrdruf
• (wer): Deutsche Bundesstiftung Umwelt
• (wann): 2023
• Urheber: Martschoke, Daniel ; Gross, Viktor
• Beteiligte Personen und Organisationen: Deutsche Bundesstiftung Umwelt ; Lynatox GmbH

Weitere Informationen

• URN: urn:nbn:de:101:1-2501021625177.574490124259
• Rechteinformation: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 15.08.2025, 07:33 MESZ