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Biokohle aus Brauabfällen filtert Bakterien aus dem Wasser
Beim Mälzen von Gerste fallen Keimwurzeln an, aus denen sich Biokohle für wirksamere Sandfilter herstellen lässt. In einem Laborversuch blieben bei zehn Prozent Biokohle im Sand 94,1 Prozent der eingeleiteten Escherichia-coli-Bakterien zurück. Ob die Methode auch mit natürlichem Wasser funktioniert, muss noch geprüft werden.
Rio (Griechenland). In sandigen Böden können Bakterien mit versickerndem Wasser in Richtung Grundwasser gelangen. Auch technische Sandfilter halten solche Mikroorganismen nicht vollständig zurück, weil die winzigen Zellen zwischen den Sandkörnern hindurchströmen können.
Das Darmbakterium Escherichia coli gilt als Anzeiger für fäkale Verunreinigungen von Wasser. Wissenschaftler suchen deshalb nach Möglichkeiten, den Transport solcher Keime in Sand zu begrenzen, ohne die Filter vollständig durch andere Materialien zu ersetzen.
Forscher der University of Patras (UPatras) um Prof. Ioannis D. Manariotis haben dafür einen Reststoff aus der Malzherstellung untersucht. Ihr Ansatz besteht darin, aus den kleinen Wurzeltrieben gekeimter Gerste poröse Biokohle zu erzeugen und diese gewöhnlichem Filtersand beizumischen.
Die sogenannten Malzkeimwurzeln werden beim Mälzen von Gerste abgetrennt und fallen in größeren Mengen an. Für den Versuch hat das Team diese Wurzeln bei 850 Grad Celsius unter Sauerstoffarmut erhitzt. So entstand Biokohle mit einer stark zerklüfteten Oberfläche, an der sich Bakterienzellen anlagern können.
Ein Gramm des Materials besaß nach den Messungen eine innere Oberfläche von rund 290 Quadratmetern. Um seine Wirkung zu prüfen, füllten die Forscher 30 Zentimeter lange Glassäulen mit gereinigtem Quarzsand und mischten entweder kein, fünf oder zehn Gewichtsprozent Biokohle hinzu. Anschließend ließen sie eine wässrige Suspension des Bakterienstamms Escherichia coli CN-13 durch die mit Wasser gesättigten Säulen fließen.
Sand ohne Zusatz hielt dabei 17,8 Prozent der eingeleiteten Bakterien zurück. Mit fünf Prozent Biokohle stieg dieser Anteil auf 35,1 Prozent. Bei einem Kohleanteil von zehn Prozent blieben dagegen 94,1 Prozent der Bakterien in der Säule, also mehr als fünfmal so viele wie beim reinen Sand.
Der Zusatz veränderte offenbar nicht nur die Menge, sondern auch die Art des Bakterienrückhalts. Nach den Modellrechnungen des Teams wirkt Sand ohne oder mit wenig Biokohle vor allem wie ein Sieb, das Zellen an engen Durchgängen festhält. Bei zehn Prozent Kohle überwiegt dem Modell zufolge dagegen die direkte Anlagerung an der Kohleoberfläche.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass ein kostengünstiges Nebenprodukt der Brauindustrie in ein funktionelles Material verwandelt werden kann, das den Rückhalt von Bakterien in sandigen Medien deutlich verbessert. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, Abfallverwertung mit Technologien zu verbinden, die den Transport von Mikroorganismen in Wasser und Böden verringern sollen“, erklärt Prof. Ioannis D. Manariotis.
Während der untersuchten Durchströmung fanden die Forscher keine Hinweise darauf, dass sich bereits festgehaltene Bakterien wieder ablösten. Daraus lässt sich allerdings keine dauerhaft sichere Bindung unter wechselnden Bedingungen ableiten. Auch der genaue Anteil der verschiedenen Rückhaltemechanismen ist bislang nur durch die Anpassung eines mathematischen Modells abgeschätzt worden.