**Wie können wir Wasser auf effiziente, nachhaltige und kostengünstige Weise desinfizieren, um den dringenden Bedürfnissen der Menschen in abgelegenen Gebieten Afrikas gerecht zu werden? Afrikanische und europäische Wissenschaftler arbeiteten zusammen, um die Antwort zu finden. **

Im Süden Mosambiks zeigte uns unser Reporter Julián López Gómez eine der Lösungen, die im Rahmen eines gemeinsam von afrikanischen Forschern durchgeführten Forschungsprojekts entwickelt wurden Europa und Ruf an SafeWaterAfrica : Dies ist ein Prototyp einer kleinen Kläranlage, die in Ressano Garcia installiert wurde.

Es sei daran erinnert, dass Mosambik zu den 16 Ländern gehört Südafrikanische Entwicklungsgemeinschaft und etwa 40 % der Bevölkerung seiner Mitgliedsländer haben keinen Zugang zu Trinkwasser: das entspricht etwa 130 Millionen Menschen.

Wasserbedingte Krankheiten: eine Herausforderung in Mosambik

Ressano Garcia ist eine kleine Stadt nahe der Grenze zu Südafrika, die den Ernst und die Dringlichkeit der Lage verdeutlicht. Die Bewohner nutzen die ihnen zur Verfügung stehenden Wasserquellen.

„Heute leben 14.000 Menschen in dieser Stadt“ erklärte Silvestre Mario Trigo, Leiter der Wasseraufbereitungsanlage der Stadt. „Einige von ihnen haben keinen Zugang zu Trinkwasser, also kommen sie, um Wasser aus dem Fluss zu holen, aber das Wasser aus diesem Fluss wird nicht aufbereitet.“ betonte er. „Wenn es also von Anwohnern verwendet wird, kann es Durchfall und andere wasserbedingte Krankheiten verursachen.“ er sagt.

Kontaminiertes Wasser kann tatsächlich Krankheiten wie Cholera, Ruhr, Typhus oder sogar Kinderlähmung übertragen Durchfall ist dort die häufigste Erkrankung. Die Krankheit betrifft etwa 10 % der etwa 500 Patienten, die täglich in örtlichen Gesundheitszentren behandelt werden.

„Eine der Hauptursachen für Durchfall und Durchfallerkrankungen ist eine schlechte Wasserqualität“, betonte Abdul Rafael Sega, Direktor des medizinischen Zentrums Ressano Garcia. „Es ist ganz klar, dass sich der allgemeine Gesundheitszustand der Gemeinde umso mehr verbessern wird, je sauberer der Zugang der Gemeinde zu Wasser ist.“ er wies darauf hin.

Ozon als Reinigungsmittel

Die Bereitstellung von gesundem Wasser ist das Ziel der kleinen Station, die in der maroden städtischen Kläranlage installiert wurde.

Dieser Prototyp soll schädliche Schadstoffe wie Pestizide abbauen und Mikroben und Krankheitserreger inaktivieren. Es basiert auf einer Technologie namens elektrochemische Oxidation, die in verschmutztem Wasser Ozon erzeugt. Ozon wirkt als Reinigungsmittel.

„Diese Prototypenstation ist in der Lage, Wasser mit sehr unterschiedlichen Verfahren aufzubereiten: Koagulation, Dekantierung und verschiedene Filtrationsphasen.“ erklärt Amiro Abdula Martins, Bauingenieur des mosambikanischen Unternehmens Salomon Lda am Projekt beteiligt. „Dieses System erzeugt Ozon im Wasser. Dieses Ozon ist ein Merkmal einer guten Wasserqualität, es reinigt tatsächlich das Wasser.“ er machte weiter. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass dieses System 80 bis 90 % des Schmutzes im Wasser reinigen kann“, er entschied.

Größerer Prototyp in Südafrika

40 km südlich von Johannesburg in Südafrika haben Forscher bei Klipwater eine größere Pilotstation errichtet, die eine ähnliche Technologie nutzt. Es filtert und reinigt Wasser aus einem nahegelegenen verschmutzten Fluss und einer daneben liegenden Kläranlage.

Diese Anlagen sind wie die mobilen Aufbereitungsanlagen in Mosambik Teil des Forschungsprojekts SafeWaterAfrica in Europa, dessen Ziel es ist, Bewohner ländlicher und stadtnaher Gebiete in Afrika mit effizienten und kostengünstigen Methoden mit gesundem Wasser zu versorgen.

„Die maximale Kapazität beträgt 1.300 Liter aufbereitetes Wasser pro Stunde, insgesamt versuchen wir also, mindestens 10.000 Liter Wasser pro Tag zu reinigen.“ sagte Zakitni Ngrobo, ein Wissenschaftler, der sich auf Wasseraufbereitung spezialisiert hatTechnische Universität Tshwane. „Dieses Wasser ist trinkbar, schadet der menschlichen Gesundheit nicht und kann für Haushaltszwecke oder sogar zur Bewässerung verwendet werden.“ er sagt.

Das Desinfektionssystem basiert auf einer bestimmten Art von Metallelektrode. Diese werden in vorgefiltertes, verschmutztes Wasser gegeben. Bei Kontakt erzeugen sie Ozon, das Keime neutralisiert.

„Zu den Sauerstoffatomen im Wasser werden wir ein weiteres Sauerstoffmolekül hinzufügen, um O3 zu erhalten: Das ist Ozon, das nur mit Wasser und Elektrizität erzeugt wird.“ erklärt Mbali Ntuli, ein weiterer Wissenschaftler, der sich an derselben Universität auf Wasseraufbereitung spezialisiert hat. „Dann reagiert es mit dem Wasser, um Mikroorganismen und Krankheitserreger zu entfernen: Das macht das Wasser sauberer.“ er sagt.

Chemikalien frei

Die Forscher möchten, dass jede Station autark ist und mit möglichst vielen lokalen, umweltfreundlichen Materialien gebaut wird.

"Wir sagten, wir würden keine Chemikalien zur Desinfektion verwenden," versicherte Mark David Woods, der Maschinenbauingenieur des Unternehmens Virtueller beratender Ingenieur. „Das liegt daran, dass es schwierig zu bekommen ist, insbesondere weil wir ländliche Gemeinden ausrüsten wollen, die nur begrenzten Zugang zu dieser Art von Produkt haben.“ er sagt.

Diese Bemühungen werden im Rahmen des europäischen Programms Horizont 2020 und genauer gesagt durchgeführt Strategie der internationalen Zusammenarbeit. Das Prinzip: Umwelt- und Sozialherausforderungen weltweit durch Partnerschaften zwischen europäischen Forschern und Forschern aus relevanten Ländern anzugehen.

Die Wasservorbehandlung wurde in Spanien entwickelt

Es stellte sich heraus, dass die Wasserqualität in Südafrika und Mosambik viel schlechter war als von Wissenschaftlern erwartet, vor allem aufgrund des enormen Fäkaliengehalts.

„Daher mussten Forscher ein System entwickeln, das eine wirksame Erstaufbereitung dieses Wassers gewährleistet, um die anschließende Desinfektion zu erleichtern, und in Zentralspanien, in der Stadt Ciudad Real, wurde diese Technologie entwickelt.“ erklärt unser Reporter Julián López Gómez.

Die an dem Projekt beteiligten spanischen Chemieingenieure erkannten schnell, dass schmutziges Wasser einer intensiven Reinigung zur Entfernung organischer Verbindungen bedarf, bevor es einem elektrochemischen Reinigungsprozess unterzogen werden kann.

"Aus technischer Sicht handelt es sich bei der Vorbehandlungstechnik um einen physikalisch-chemischen Prozess," erklärt Cristina Sáez Jiménez, Chemieingenieurin beiUniversität Kastilien – La Mancha. "Die Idee," er fügte hinzu, „Um im Wasser schwebende organische Stoffe abzutrennen, bevor das Wasser im Reaktor desinfiziert wird, damit das Wasser erneut mit dem dort angesammelten Schmutz verunreinigt werden kann.“ Dies kann zu Problemen bei wichtigen betrieblichen Aspekten des gesamten Desinfektionsprozesses führen.“ er bestand darauf.

Eisensalz

Die Forscher entwickelten verschiedene Vorbehandlungssysteme, bevor sie Lösungen fanden, die auf die spezifische Wasserqualität und die sozioökonomischen Kontexte Mosambiks und Südafrikas zugeschnitten waren. Die endgültige verkleinerte Variante wurde dann im großen Maßstab entwickelt.

„Das Gerinnungsmittel, das wir verwenden, ist eine Art Eisensalz“, sagte Javier Llanos López, Chemieingenieur an derselben Universität. „Also fügen wir diese Eisensalze dem Wasser hinzu, das, wie Sie sehen, braun wird: Der Prozess besteht darin, die organischen Verbindungen so zu behandeln, dass sie viel größere Stücke bilden, die sich oben dank des Dekanters leichter trennen lassen.“ er wies darauf hin.

Sein Kollege Manuel Andrés Rodrigo Rodrigo fügte hinzu: „Wenn wir versuchen, Wasser zu desinfizieren, das stark mit Fäkalien verunreinigt ist, kann der elektrochemische Prozess sehr teuer sein. Aus diesem Grund haben wir uns für eine Vorbehandlung entschieden, um zusätzlich zu diesem kostengünstigen Verfahren die Kosten für die Wasserdesinfektion zu senken. „Wir versuchen auch, sehr kostengünstige Materialien zu verwenden“, er sagt.

Deutsche Reinigungsmethode mit diamantbeschichteten Elektroden

Ein weiterer Partner des Projekts, das Forschungszentrum Braunschweig in Deutschland, hat die Desinfektionstechnologie selbst entwickelt und dabei die unerwartetsten Materialien verwendet: eine Folie aus künstlichen Diamanten.

Die zur Wasserreinigung verwendeten Elektroden bestehen aus einem sogenannten Metall Niob. Dieses Metall ist mit einem Film auf Diamantbasis beschichtet. Andere chemische Elemente, Bor Bereitstellung der Leitfähigkeit, die für das Funktionieren dieser Technologie erforderlich ist.

Dieser lange und komplizierte chemische Prozess erfordert die Verwendung eines Ofens, der auf bis zu 2500 Grad erhitzt werden kann.

Sven Pleger, Chemieingenieur beiFraunhofer-Institut für Oberflächen- und Dünnschichttechnik, Erläuterung der Werkzeuge: „Mit diesem Elektronenmikroskop können wir die Oberfläche der Diamantelektrode beobachten. Der Diamant ist 4 Mikrometer groß: die Größe, die für die Anwendung, die wir entwickeln, erforderlich ist“, er sagt. „Mit dem Elektronenmikroskop können wir außerdem die Rauheit der Beschichtung erkennen und überprüfen, ob sich während des Prozesses die erwarteten Kristalle gebildet haben. Außerdem können wir sehen, ob Löcher in der Oberfläche vorhanden sind und ob die Haftung ausreichend ist oder nicht.“ er erklärte.

Energieeffizienz

Die resultierenden Elektroden werden dann durch Strom aktiviert, um eine Wasserdesinfektion zu ermöglichen.

Der gesamte Prozess wurde darauf ausgelegt, den Energieverbrauch so weit wie möglich zu reduzieren.

„Diamantelektroden können Ozon mit sehr hoher elektrischer Spannung und 100 % Stromausnutzung erzeugen“, sagte Lothar Schäfer, Physiker am Fraunhofer-Institut und Koordinator dieses Großprojekts in Afrika und Europa. „Wir erzeugen direkt Ozon und keinen Sauerstoff: Die Herstellung von Sauerstoff wäre Energieverschwendung, da das Ozon entweichen würde, anstatt den Reinigungsprozess zu unterstützen.“ versicherte er.

In Ressano Garcia werden 1600 m³ Trinkwasser benötigt, um den Grundbedarf der täglich wachsenden Bevölkerung der Stadt zu decken. Die Forscher sagen, dass sie ihren Prototyp entwickelt haben, um diese Herausforderungen zu meistern, und planen, ihn als Beispiel für andere Kleinstädte und abgelegene Dörfer in Afrika zu nutzen.

„Der Hauptvorteil liegt in der Flexibilität und dem einfachen Transport dieser kleinen Einheiten sowie darin, dass sie problemlos an abgelegenen und isolierten Standorten installiert werden können.“ betonte Nelson Pedro Matsinhe, Bauingenieur bei Salomon Lda, und fügte hinzu: „Unser oberstes Ziel ist es, Wasser bereitzustellen, das, sobald es von der Öffentlichkeit verbraucht wird, der öffentlichen Gesundheit nicht schadet und letztendlich die öffentliche Gesundheit verbessert.“

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation Weltweit trinken weiterhin 1,8 Milliarden Menschen Wasser aus mit Fäkalien verunreinigten Quellen.

Zur Verringerung ihrer Zahl beizutragen, ist das Hauptziel der Arbeit der an diesem Projekt beteiligten afrikanischen und europäischen Wissenschaftler.