Junge Erfinder entwickeln nachhaltigen Wasserfilter aus Essensabfällen

Die Gewinner des diesjährigen Stockholm Junior Water Prize haben einen nachhaltigeren Weg gefunden, um das in Wasserfiltern eingesetzte Material zu produzieren. Durch die Verwendung der Rinde von Durianfrüchten und Zuckerrohrabfällen haben Caleb Liow Jia Le (links im Bild), Johnny Xiao Hong Yu (rechts) und Ho Shane einen sichereren Weg entwickelt, reduziertes Graphenoxid zu produzieren. Erfahren Sie hier, wie sie vorgegangen sind.

Die drei 16-jährigen Schüler, die die vierte Klasse einer High School in Singapur besuchen, gewannen mit ihrem Projekt: „A novel, eco-friendly synthesis of reduced graphene oxide (rGO) from durian rind and sugarcane bagasse for water filters“.

Können Sie beschreiben, um was es bei Ihrem Projekt geht?

Caleb Liow Jia Le: Für unser Projekt verwendeten wir zwei gängige Sorten von Lebensmittelabfällen, die in Singapur sehr häufig vorkommen. Das gelbe Innere der Durianfrucht wird gegessen und die stachlige Schale wird weggeworfen – und die haben wir verwendet. Außerdem verwendeten wir Zuckerrohrbagasse, d. h. die Fasern, die nach dem Auspressen des Saftes aus dem Zuckerrohr übrigbleiben. Wir wandelten diese Abfälle in so genanntes reduziertes Graphenoxid um.

Johnny Xiao Hong Yu: Reduziertes Graphenoxid ist in der Lage, Schwermetallionen und organische Farbstoffe aus dem Wasser zu entfernen. Es kann in Wasserfiltern zur Wasserreinigung verwendet werden.

Wodurch erhielten Sie die Inspiration für dieses Projekt?

Caleb Liow Jia Le: Wir produzieren enorme Mengen von unterschiedlichem Abfall – Elektronik, Plastik und Lebensmittel. Ich wollte wissen, ob es möglich ist, diesen Abfall, den wir normalerweise entsorgen würden, in etwas für das Gemeinwohl Nützliches umzuwandeln und dadurch das Leben der Menschen zu erleichtern.

Johnny Xiao Hong Yu: Ich interessiere mich sehr für Chemie und wie Chemie eingesetzt werden kann, praktische Probleme im Alltag zu lösen. In diesem Fall ging es darum, Chemikalien zu entwickeln, die der Allgemeinheit nutzen.

Wie wird reduziertes Graphenoxid normalerweise hergestellt?

Johnny Xiao Hong Yu: Derzeit wird hierzu das so genannte Hummers-Verfahren verwendet, das 1958 entwickelt wurde. Es handelt sich um ein sehr kompliziertes Verfahren, bei dem Chemikalien und giftige Verbindungen eingesetzt werden. Im Gegensatz dazu werden bei unserer Methode nur Lebensmittelabfälle verwendet.

Ist der Einsatz von reduziertem Graphenoxid weit verbreitet?

Caleb Liow Jia Le: Reduziertes Graphenoxid ist ein sehr vielseitiger Stoff. Er wird aufgrund seiner Leitfähigkeit in großem Umfang in der Elektronik eingesetzt. Da er eine ähnliche Struktur aufweist wie Graphen hat er eine hervorragende, elektrische Leitfähigkeit. Außerdem wird er aufgrund seiner günstigen Eigenschaften zunehmend im Bereich Wasseraufbereitung eingesetzt.

Haben Sie mit Ihrem Ausgangsmaterial tatsächlich einen Wasserfilter hergestellt?

Johnny Xiao Hong Yu: Ja, wir haben zwei unterschiedliche Typen von Filtern entwickelt und gefertigt. Reduziertes Graphenoxid ist ein schwarzes Pulver, das Aktivkohle ähnlich ist. Wir verwendeten dieses Pulver, um damit ein Filterpapier aus Zellulosemischester zu beschichten, das als Filtermedium diente. Bei der anderen Variante handelte es sich um einen herkömmlichen Säulenfilter, bei dem wir ein Rohr mit dem reduzierten Graphenoxidpulver gefüllt haben. Beide Typen filterten mehr als 95 % der Schwermetallionen und organischen Farbstoffe heraus, was mit Aktivkohle vergleichbar ist.

Kann jede Art von organischem Abfall in Ihrem Verfahren eingesetzt werden?

Caleb Liow Jia Le: Sowohl Durianschalen als auch Zuckerrohrbagassen enthalten sehr viel Zellulose, weshalb sie für unser Syntheseverfahren sehr gut geeignet sind. Um mit unserem Verfahren reduziertes Graphenoxid zu synthetisieren, haben wir Zellulose in einem Ofen karbonisiert und oxidiert und anschließend ein Reduktionsmittel zugegeben, um die Zellulose in reduziertes Graphenoxid umzuwandeln. Das heißt, dass andere zellulosehaltige Früchte ebenfalls umgewandelt werden können, dies kann im Weiteren noch untersucht werden.

Mit welchen Wasserproblemen haben Sie in Singapur zu kämpfen?

Johnny Xiao Hong Yu: Singapur ist vor allem von vier Wasserquellen abhängig: Wassererfassung in Form von Reservoirs; Entsalzung, da wir von Meer umgeben sind; NEWater, d. h. unser wiederaufbereitetes Abwasser; und schließlich Wasser, das wir von unseren Nachbarn importieren.

Momentan ist Singapur noch in relativ hohem Maß von importiertem Wasser abhängig. Singapurs Hauptanliegen ist es, Wege zu finden, um in höherem Maß selbstversorgend zu werden. Dies kann bedeuten, die Kosten für die Entsalzung zu reduzieren, Wasser aufzubereiten und neue Wege zu finden, Trinkwasser zu gewinnen. Unser Projekt ist im Bereich Wasseraufbereitung angesiedelt.

Wasser ist in Singapur eine begrenzte Ressource – glauben Sie, dass die Menschen deshalb bewusster mit Wasser umgehen?

Johnny Xiao Hong Yu: Noch haben wir genug Wasser und müssen uns keine Sorgen machen, wir brauchen nur den Hahn aufzudrehen, wenn wir etwas trinken wollen, aber vor Kurzem wurden die Gebühren für Wasser erhöht. Dies hat zu einer verstärkten Sensibilisierung der Bevölkerung im Hinblick auf unsere Wassersituation geführt.

Caleb Liow Jia Le: Die Wassergebühren waren lange Jahre gleich, daher fragten sich viele, warum sie erhöht wurden.

Sind viele Menschen in Singapur mit dem NEWater Wiederaufbereitungsprogramm vertraut?

Johnny Xiao Hong Yu: Ich denke schon. Wenn wiederaufbereitetes Wasser verwendet wird, muss man die Menschen darüber informieren. Da bekannt ist, dass es sich um Abwasser handelt, ist viel Überzeugungsarbeit nötig.

Caleb Liow Jia Le: In der Grundschule, im Alter von 7 bis 12 Jahren, machen fast alle Schüler einen Studienbesuch bei einer NEWater Anlage. Dies hilft der jüngeren Generation, ein größeres Verständnis für Wasserfragen zu entwickeln.

Fakten zum Stockholm Junior Water Prize

Der Preis wird vom Stockholm International Water Institute organisiert und von Xylem gesponsert. Erfahren Sie mehr über den Preis und die Finalisten 2018.

Herzlichen Glückwünsche für die diesjährigen Gewinner!