Jedes Jahr sterben nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation 1,6 Millionen Menschen durch verseuchtes Trinkwasser – das sind mehr Opfer, als bewaffnete Konflikte oder Aids fordern. 900 Millionen Menschen haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, die meisten in ländlichen Gebieten, viele aber auch in den Armenvierteln der Megastädte Afrikas, Asiens und Lateinamerikas. Und selbst dort, wo Leitungswasser verfügbar ist, wird es fast immer mit uralter Technik aufbereitet.

"Dabei könnten wir heute die veraltete Sandfiltration in vielen Fällen durch Ultrafiltration ersetzen oder sinnvoll ergänzen", sagt Peter Berg. Der Wassertechniker hat vor sechs Jahren den Forschungsbetrieb verlassen und die Inge AG gegründet, den größten deutschen Hersteller für Membranen zur Trinkwasseraufbereitung. Deren Poren sind so winzig, dass sie Wassermoleküle gerade noch durchlassen. Schmutz und Schwebstoffe werden – wie bei den klassischen Sandfiltern – zurückgehalten, zusätzlich aber auch Bakterien und Viren. Das Ergebnis ist Trinkwasser mit gleichbleibend hoher Qualität, nahezu unabhängig davon, wie verschmutzt das Wasser vor der Filtration war. Die bisher übliche Nachbehandlung mit Ozon und Aktivkohle wird damit ebenso überflüssig wie eine aufwendige Überwachung. So sprudelt sauberes Trinkwasser auch dort, wo es an Fachkräften mangelt.

Durch die Filter laufen täglich 17.000 Kubikmeter Wasser aus dem Zürichsee

Hergestellt werden die Membranen für die Filtration in der ehemaligen Molkerei von Greifenberg am oberbayerischen Ammersee. "Steuerung der Käsestraße" steht noch über einer Informationstafel an der Wand. Heute gleicht die Fabrikationsstätte allerdings eher einer Nudelfabrik. Es dampft und zischt. Biegsame weiße Kunststofffasern mit je sieben extrem feinporigen Kapillaren quellen wie dicke Spaghetti aus einer gewaltigen Maschine, dem Extruder. Nach einem Glyzerinbad werden sie mit einem Brotmesser in 1,50 Meter lange Stücke zerteilt, getrocknet, gebündelt und in ein festes Hüllrohr gestopft. Noch leisten die 90 Mitarbeiter viel Handarbeit. "Mit weiter wachsender Produktion können wir die Herstellung aber auch automatisieren", sagt Bergs Vorstandskollege Bruno Steis.

Bisher wird das Verfahren vor allem in großtechnischen Anlagen genutzt, zum Beispiel zur Aufbereitung von Kühlwasser für chinesische Kraftwerke, in der ukrainischen Chemieindustrie oder als Vorstufe zu Meerwasserentsalzungsanlagen. Unter den öffentlichen Wasserversorgern hat erst eine Handvoll auf Ultrafiltration umgestellt, darunter ein großes Wasserwerk in der Schweiz, das täglich 17.000 Kubikmeter Zürichsee-Wasser aufbereitet. Dieses Vorzeigeprojekt arbeitet seit drei Jahren weitgehend störungsfrei – eine wichtige Voraussetzung für den weltweiten Export der Technologie.

"Im Trinkwasserbereich ist man sehr konservativ", sagt Rolf Gimbel, Professor für Wassertechnik an der Universität Duisburg-Essen und Doktorvater von Peter Berg. Nach einigen Anfangsschwierigkeiten sei die Membrantechnik aber inzwischen konkurrenzfähig. "Die Praxiserfahrungen sind überwiegend positiv, und auch die Wirtschaftlichkeit wird zunehmend besser."

Wasserknappheit und verschmutztes Trinkwasser beherrschen große Teile unserer Erde © ZEIT Grafik

Die Greifenberger Membranen sind in Europa, den USA und in China zur Trinkwasseraufbereitung zugelassen. In der bisher größten Anlage in Männdorf am Zürichsee arbeiten Hunderte kanalrohrdicke Filtereinheiten parallel nebeneinander. Die dünnen Membranfasern werden aber auch zu handlichen Modulen verarbeitet, die unter jeder Spüle Platz finden. Eine Pumpe ist nicht nötig, der normale Wasserdruck reicht zum Betrieb aus. So können die Module überall dort schnell und wartungsfrei für sauberes Trinkwasser sorgen, wo es an der Qualität des Leitungswassers hapert.

Zum Beispiel in Shanghai oder in Peking. In Chinas Hauptstadt haben die Greifenberger ein Vertriebsbüro eröffnet. Gerade in den Megastädten der Schwellenländer ist der Bedarf gewaltig – und die Mittelschicht kann sich einen Haushaltsfilter auch leisten. Er kostet rund 50 Euro und muss alle paar Monate ausgetauscht werden, wenn zu viele der 10 bis 20 Nanometer kleinen Öffnungen verstopft sind. In großen Anlagen wird der Schmutz ein- bis zweimal pro Stunde weggewaschen, einfach durch eine automatisch gesteuerte Rückspülung entgegen der normalen Fließrichtung.

2003 wurden weltweit bereits 15 Milliarden Euro mit Membrantechnik zur Wasseraufbereitung umgesetzt, bis 2010 soll sich der Markt verdoppeln. Und das nicht nur in den Schwellenländern. Auch für wohlhabende Megastädte wie London ist die Ultrafiltration eine interessante Option. Dort ist das über 100 Jahre alte öffentliche Leistungssystem in so schlechtem Zustand, dass rund ein Drittel des Trinkwassers durch Lecks versickert. "Wo was rausgeht, geht auch was rein", sagt Steis, schlechter Geschmack und bakterielle Verunreinigungen sind die Folge. Dagegen würde die Runderneuerung der 20.000 Kilometer langen Rohrleitungen helfen – oder aber die Umstellung auf eine dezentrale Wasseraufbereitung mit zuverlässigen und möglichst wartungsarmen Filtern.

In Deutschland ist die Leitungswasserqualität fast überall ausgezeichnet. Trotzdem könnten mittelfristig auch hier die klassischen Kiesfilter in den Wasserwerken durch ultrafeine Membranen ersetzt werden. Doch nicht überall ist das sinnvoll. Dort, wo Grundwasser in den Leitungen fließt, ist eine aufwendige Behandlung meist überflüssig. Und für die Aufbereitung von Oberflächenwasser ist die neue Technik bisher oft noch zu teuer.

Gelsenwasser, das größte deutsche Unternehmen, das Oberflächenwasser zu Trinkwasser aufbereitet, wollte das genau wissen. Für die Erneuerung des Wasserwerks in Wickede-Echthausen wurden deshalb über Monate vier Verfahren parallel erprobt – neben zwei Kiesfilter-Versionen auch zwei Membranfilter-Techniken. Dem Zulauf wurden Spurenstoffe und Mikroben beigemischt, um die Filterleistung zu testen. "Die Trinkwasserqualität war mit allen Verfahren praktisch gleich gut", sagt der Gelsenwasser-Ingenieur Rudolf Meyer, "am wirtschaftlichsten war in diesem Fall aber doch wieder die klassische Kombination aus Mehrschichtfiltration, Aktivkohle, Ozon- und UV-Behandlung."

Schon heute gehört Deutschland weltweit zu den Ländern mit den höchsten Wasserpreisen – und das, obwohl es hierzulande ausreichend regnet und große Grundwasserreserven zur Verfügung stehen. Soll der Preis nicht noch weiter in die Höhe getrieben werden, wird Ultrafiltration deshalb zunächst nur dort zum Einsatz kommen können, wo nicht genug Platz für ein klassisches Wasserwerk vorhanden ist oder – wie am Zürichsee – sehr hohe Grundstückspreise zum Platzsparen zwingen. Dabei geht es fast ausschließlich um die Erneuerung bestehender Wasserwerke. "Neue Anlagen sind hierzulande sehr selten", sagt der Wassertechniker Gimbel, "denn in Deutschland ist der Trinkwasserbedarf seit einigen Jahren rückläufig." Nicht nur die demografische Entwicklung ist dafür verantwortlich, auch der Verbrauch pro Kopf sinkt leicht. Für die klassischen Leitungsnetze hat das unangenehme Folgen. Fließt das Wasser zu langsam, steigt das Risiko der Keimbildung. In Teilen Ostdeutschlands müssen die Wasserwerke ihre Rohre deshalb regelmäßig durchspülen.

Mittelfristig wird das zum Rückbau der zentralen Versorgung und zur Umstellung auf kleinere, dezentrale Wasseraufbereitungsanlagen für einzelne Stadtteile oder Häuser zwingen. Dazu ist die wartungsarme Ultrafiltration besonders gut geeignet. Sollen dem Wasser aber auch noch Schwermetalle oder Kalk entzogen werden, sind die Poren der ultrafeinen Membranen zu groß.

Auch zur Meerwasserentsalzung sind die Membranfilter geeignet

"Dafür wird sich die Nanofiltration in Deutschland etablieren", meint Gimbel. Einige erfolgreiche Tests gab es bereits. Allerdings ist die Filterwirkung dann so stark, dass dem Wasser auch lebenswichtige Mineralstoffe entzogen werden. "Die müssen wir wieder zufügen", sagt der Gelsenwasser-Ingenieur Meyer. Außerdem bleibt ein stark mit Schwermetallen belastetes Konzentrat zurück, das teuer entsorgt werden muss.

Wenn größere Salzmengen, etwa aus Meerwasser, entfernt werden sollen, kann die sogenannte Umkehrosmose helfen. Sie arbeitet mit Membranen, deren Poren noch 20-mal so fein sind wie bei der Ultrafiltration und die Kapillaren 50.000-mal so dünn wie ein menschliches Haar. Von allein würde das Wasser nicht hindurchfließen. Für den nötigen Druck sorgen Hochleistungspumpen, die rund drei Kilowattstunden Strom pro Kubikmeter Trinkwasser verbrauchen. Das ist zwar viel, aber deutlich weniger Energie, als klassische Entsalzungsanlagen benötigen, die das Meerwasser kochen und anschließend das Kondenswasser auffangen. Auf den Kanarischen Inseln und auf Helgoland wird die Umkehrosmose bereits eingesetzt, in London ist eine Großanlage im Bau.

Der globale Durst nach Wasser lässt sich nicht mit einer einzigen Patentlösung stillen. Die Antwort ist der richtige Mix verschiedener Techniken – vom einfachen Sandfilter bis zur aufwendigen Umkehrosmose. "Welches Verfahren im konkreten Fall eingesetzt wird, bedarf immer einer sorgfältigen Abwägung sehr vieler Faktoren", sagt Rolf Gimbel, "aber der Trend geht klar in Richtung Membrantechnik."

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