Wasser mit ultravioletten LEDs umweltfreundlich reinigen

(PresseBox) (Berlin, ) Eine kostengünstige und sichere Methode, Trinkwasser lokal zu entkeimen, könnte den Zugang zu sauberem Trinkwasser in vielen Regionen der Welt erleichtern. Eine Forschergruppe am Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik und der TU Berlin arbeitet daran, Wasser umweltfreundlicher und unkomplizierter als bisher mit ultravioletten Leuchtdioden (UV-LEDs) zu desinfizieren. Die Bestrahlung mit UV-Licht zerstört das Erbgut von Bakterien, Viren und Sporen und verhindert dadurch die Vermehrung der Organismen. Insbesondere Licht im Wellenlängenbereich zwischen 200 und 300 Nanometern (nm) mit einem ausgeprägten Maximum bei circa 265 nm eignet sich dafür. Die optimale Wellenlänge kann je nach Mikroorganismus leicht variieren. Nach Untersuchungen an stehendem Wasser waren nun erste Tests mit langsam fließendem Wasser erfolgreich.

Testreihen mit stehendem und fließendem Wasser

Das UV-Licht wird mit halbleiterbasierten InAlGaN-Leuchtdioden erzeugt. Durch die Legierung von Galliumnitrid (GaN) mit Aluminiumnitrid (AlN) lassen sich deren Emissions­wellenlängen bis in den fernen UV-Bereich verschieben. So kann die Emissions­wellenlänge an die verschieden Zielorganismen angepasst werden.

Für erste statische Desinfektionstests haben die Wissenschaftler ein UV-LED-Modul mit einer Emissionswellenlänge von 268 nm entwickelt. Deionisiertes Wasser, Leitungs- und geklärtes Abwasser wurde mit Sporen des Bakteriums Bacillus Subtilis versetzt und mit unter­schiedlichen UV-C-Lichtdosen bestrahlt. Die anschließende Untersuchung zeigte, dass die Bacillus-Subtilis-Sporen mit UV-C-LEDs mindestens so effizient deaktiviert werden wie mit herkömmlichen Niederdruck-Quecksilberdampflampen.

Das kompaktere Modul der zweiten Generation nutzt UV-LEDs mit einer Emissionswellenlänge bei 282 nm, die konzentrisch angeordnet sind. Zusätzlich ist es mit einem Durchflussaufsatz ausgestattet, einem UVreflektierenden Aluminiumblock, in den schneckenförmig Wasserkanäle eingefräst sind. Nach einer UV-Bestrahlungsdosis von 400 J/m², das entspricht einer Zeit von knapp fünf Minuten, wurde damit die für die Wasserentkeimung erforderliche Reduktion der Sporenanzahl um vier Größenordnungen erreicht. Die Durchflusstests zeigten, dass die Inaktivierung der Bacillus-Subtilis-Sporen etwas geringer ist als bei den statischen Tests. Dennoch konnte die erforderliche Reduk­tion der Sporen um drei Größenordnungen bei Durchflussraten von knapp 11 ml/min. erreicht werden. Die generelle Eignung von UV-C-LEDs im Bereich der Wasser­des­infektion wurde somit für kleine Wassermengen nachgewiesen.

Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, die Leistungen und die Effizienzen der UV-LEDs zu steigern. Derzeit liegen die Effizienzen noch bei wenigen Prozent und die Ausgangs­leistungen im Milliwatt-Bereich. Gelingt dies, stünde künftig eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Quecksilberdampflampen zur Verfü­gung. UV-LEDs benötigen keine Aufwärmphase, sind langlebig, sehr kompakt und nicht giftig. Sie können außerdem mit geringen Gleichspannungen betrieben werden, sodass sie ohne größeren Aufwand in autarken, solarbetriebenen Anlagen einsetzbar sind. Damit wären komplett neue Lösungen zur Trinkwasserentkeimung möglich, die sowohl in Flugzeugen zur mobilen Wasseraufbereitung eingesetzt werden könnten, als auch in Regionen, die bislang von der Versorgung mit sauberem Wasser abgeschnitten sind.

Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik

Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) ist eines der welt­weit führenden Institute für anwendungsorientierte und industrienahe Forschung in der Mikro­wellen­technik und Opto­elektronik. Es erforscht elektronische und optische Komponenten, Module und Systeme auf der Basis von Verbindungshalbleitern. Diese sind Schlüsselbausteine für Inno­vationen in den gesell­schaftlichen Bedarfsfeldern Kommunikation, Energie, Gesundheit und Mobilität. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser, UV-Leuchtdioden und hybride Laser­systeme entwickelt das Institut vom sichtbaren bis zum ultravioletten Spektralbereich. Die Anwen­dungsfelder reichen von der Medizin­technik, Präzisionsmesstechnik und Sensorik bis hin zur optischen Satelliten­kommu­nikation. In der Mikrowellentechnik realisiert das FBH hocheffiziente, multifunktionale Verstärker und Schaltungen, unter anderem für energieeffiziente Mobilfunk­systeme und Komponenten zur Erhöhung der Kfz-Fahrsicherheit. Kompakte atmosphärische Mikro­­wellen­plasmaquellen mit Nieder­spannungsversorgung entwickelt es für medizinische Anwendungen, etwa zur Behandlung von Hauterkrankungen. Die enge Zusammen­arbeit des FBH mit Industriepartnern und Forschungs­einrichtungen garantiert die schnelle Umsetzung der Ergeb­nisse in praktische Anwendungen. Das Institut beschäftigt 230 Mitarbeiter und hat einen Etat von 21 Millionen Euro. Es gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. und ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

www.fbh-berlin.de

Diese Pressemitteilungen könnten Sie auch interessieren

News abonnieren

Mit dem Aboservice der PresseBox, erhalten Sie tagesaktuell und zu einer gewünschten Zeit, relevante Presseinformationen aus Themengebieten, die für Sie interessant sind. Für die Zusendung der gewünschten Pressemeldungen, geben Sie bitte Ihre E-Mail-Adresse ein.

Es ist ein Fehler aufgetreten!

Vielen Dank! Sie erhalten in Kürze eine Bestätigungsemail.


Ich möchte die kostenlose Pressemail abonnieren und habe die Bedingungen hierzu gelesen und akzeptiert.