Nahaufnahme des Reaktors: Das Abwasser fließt hier über eine spezielle Fläche mit Titandioxidüberzug und wird gleichzeitig mit UV-Licht bestrahlt. Durch die damit ausgelöste photochemische Reaktion bilden sich Sauerstoffradikale, die die Schadstoffe im Wasser zersetzen.

Bild: Paul van Schie

Photokatalysator für Weinbauer Pestizide im Abwasser entfernen

18.06.2020

Winzer sind zumeist auf Pflanzenschutzmittel angewiesen, wenn mildere Temperaturen den Schädlingsbefall auf ihre Weinreben verstärken. Um das Wasser, mit dem die Pflanzenschutzgeräte gesäubert werden, von Pestiziden zu befreien, haben Forscher einen neuen Photokatalysator entwickelt.

Pflanzenschutzgeräte im Weinbau sollen gemäß des Gesetzgebers direkt nach dem Einsatz auf der Anwendungsfläche oder an einem speziellen Reinigungsplatz gereinigt werden, wie ihn beispielsweise das Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum (DLR) in Neustadt an der Weinstraße anbietet. Das Waschwasser ist zudem auf dem Reinigungsplatz aufzufangen und zu säubern.

„Pflanzenschutzmittel dürfen nicht in die Kanalisation und in die angeschlossenen kommunalen Kläranlagen gelangen“, erläutert Christine Tisch vom DLR. Denn: Die Kläranlagen können Pflanzenschutzmittel und Biozide nicht ausreichend abbauen, sodass deren Rückstände über den Vorfluter in angeschlossene Oberflächengewässer gelangen können.

Im Projekt „Photopur – Photokatalytische Reinigung von pestizidbelastetem Wasser aus dem Weinbau“ ist in den vergangenen drei Jahren ein Prototyp für Winzer entwickelt worden, der bei der Reinigung der Pflanzenschutzgeräte anfallende Waschwasser einfach, schnell und umweltfreundlich aufbereiten soll.

Abwasserreinigung durch Photokatalyse

Um die Pflanzenschutzmittel aus dem Abwasser zu entfernen oder deren Konzentration zumindest zu reduzieren, setzen die Wissenschaftler auf Photokatalyse. Dabei wird durch UV-Licht eine chemische Reaktion ausgelöst, die organische Verbindungen wie synthetisch erzeugte Pflanzenschutzmittel mineralisiert, sprich abbaut. Übrig bleiben unbedenkliche Abbauprodukte wie Wasser und Kohlenstoffdioxid.

Für die Aufreinigung wird das aufgefangene Waschwasser in einen Tank am Gerät gefüllt. Von dort aus zirkuliert es so lange langsam am Photokatalysator des Reaktors vorbei, bis es gereinigt ist. Untersucht haben die Forscher den Vorgang unter anderem mit Abwasser, das das Anti-Pilzmittel Myclobutanil enthielt. Bereits nach 24 Stunden Behandlung im Photokatalysator waren 75 Prozent der Fungizid-Verunreinigung abgebaut.

Als Photokatalysator kommt Titandioxid zum Einsatz, das auf einem metallbasierten Trägermaterial aufgetragen ist. Wissenschaftliche Experimente der Projektpartner haben gezeigt, dass diese anorganische Verbindung die untersuchten Pflanzenschutzmittel besser abbauen und deren schädliche Wirkung stärker reduzieren konnte als andere Photokatalysatoren.

Neben im Weinbau häufig vorkommenden Fungiziden haben die Wissenschaftler ihre Entwicklung auch an einem Herbizid und einem Insektizid getestet. Die Laboruntersuchungen liefen unter realen Bedingungen ab: Winzer reinigten ihre Geräte auf dem Waschplatz des DLR und stellten die Abwässer zur Verfügung. Derzeit laufen weitere Testungen mit solchen Freilandproben – mit vielversprechenden Ergebnissen, wie Projektleiter Dr. Frank Seitz von der Universität Koblenz-Landau berichtet.

Nachhaltigkeit steht im Vordergrund

„Der Einsatz unseres Geräts ist nachhaltig“, unterstreicht Dr. Ricki Rosenfeldt, ebenfalls Photopur-Projektleiter. Der Photokatalysator braucht sich während der Reaktion nicht auf und ist somit theoretisch für eine unbegrenzte Zeit einsetzbar. Auch ist das Gerät energieautark und benötigt keine Stromversorgung vom Netz, um Pumpen, Motoren oder Steuerung zu betreiben. Überschüssige Energie wird für den späteren Gebrauch in modernen Hochleistungsakkus gespeichert.

Laut den Wissenschaftlern könnten Winzer mit dem Einsatz eines solchen Gerätes einen nachhaltigen Beitrag zur Steigerung und zum Erhalt der Wasserqualität leisten. Deshalb verfolgt das Photopur-Konsortium einen flächendeckenden Einsatz: Noch dieses Jahr soll es zu einem Technologietransfer-Konsortium gewandelt werden, um den Prototypen nach Abschluss der offiziellen Projektlaufzeit zur Marktreife weiterzuentwickeln. Ziel ist es, das System gemeinsam mit einem Anlagenbauer handlicher sowie nutzer- und bedienerfreundlicher zu gestalten.

In zwei Jahren soll das Gerät dann für den Alltagsgebrauch der Winzer bereit sein. Es soll in Zukunft nicht nur im Weinbau, sondern in allen landwirtschaftlichen Betrieben und in Gärtnereien eingesetzt werden können.

Weitere Informationen zum Projekt Photopur

Bildergalerie

  • Die beiden Landauer Umweltwissenschaftler Dr. Frank Seitz (links) und Dr. Ricki Rosenfeldt mit dem Photokatalysator-Prototyp, der in drei Jahren Forschungsarbeit entstand.

    Bild: Paul van Schie

  • Seitlicher Blick in den Prototyp: An der Vorderseite befindet sich der Reaktor, auf dem Trägerrahmen Photovoltaikmodule, die das Gerät energieautark betreiben und auch die Akkus laden.

    Bild: Frank Seitz, Universität Koblenz-Landau

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