Die Gegend von Mdori, im Norden von Tansania in der Region Manyara, ist außerhalb der Regenzeit extrem heiß und trocken. Das Wasser ist knapp, der nahe gelegene See ist extrem salzhaltig. Eine durch eine Bohrung erschlossene natürliche Quelle liefert Wasser mit hohem Salzgehalt und 60 Milligramm Fluorid pro Liter – rund 40 mal so viel, wie die WHO als Richtwert angibt –, das zum Trinken ungeeignet ist. An dieser Quelle haben Professorin Andrea Schäfer und Professor Bryce Richards, die inzwischen beide am KIT tätig sind, ihr Wasserfiltersystem ROSI (Reverse Osmosis Solar Installation) getestet. Das System lässt sich mit Solarenergie und/oder Windkraft betreiben. Es verbindet Ultrafiltrationsmembranen mit Porengrößen von ca. 50 Nanometern, die makromolekulare Substanzen, Partikel, Bakterien und Viren zurückhalten, sowie Membranen zur Nanofiltration und Umkehrosmose mit Porengrößen von unter einem Nanometer, die gelöste Moleküle aus dem Wasser herausfiltern. Andrea Schäfer und Bryce Richards hatten ROSI in Australien konzipiert und in Schottland weiterentwickelt, bevor sie an der Nelson Mandela African Institution of Science and Technology in Tansania ihre Versuche vor Ort planten. Im Februar und März dieses Jahres testeten sie das System in Orten wie Mdori und werten nun die zahlreichen Ergebnisse am KIT aus. Anschließend beginnt die nächste Phase – die Installation der Systeme vor Ort.
Da Solarenergie das System direkt und ohne Batterien versorgt, ändert sich das Verhalten des Filters abhängig von den Lichtverhältnissen: Bei voller Sonneneinstrahlung senkt das Filtersystem den Fluoridgehalt des Wassers unter den WHO-Richtwert von 1,5 Milligramm pro Liter. Durch den Wechsel zwischen Tag und Nacht sowie die zeitweilig starke Wolkenbildung in der Region um Mdori schwankt die Energieversorgung allerdings erheblich; sie wird unterbrochen, wenn nicht genug Sonne vorhanden ist. Wie solche Fluktuationen die Wasserqualität beeinflussen, ist eine der Fragen, denen die Forscher in ihren Tests nachgingen. „Wenn weniger Energie verfügbar ist, sinkt der Druck; dadurch fließt weniger Wasser durch die Membranen. Der Fluoridgehalt steigt dann kurzfristig an“, erklärt Professorin Andrea Schäfer, die am Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT die Abteilung Membran-Technologie leitet. „Der Gehalt an Fluorid und anderen Schadstoffen wird jedoch schnell ausgeglichen, sobald wieder mehr Wasser durch den Filter fließt. Daher ist das Wasser völlig sicher.“
Andrea Schäfer und Bryce Richards, Professor für Nanophotonik für Energie am KIT, suchen nun Unternehmen, welche die Fertigung ihres Systems sowie die Installation und den Betrieb in ländlichen Gegenden von Tansania unterstützen. Eine Einheit kann rund 50 Menschen mit hochwertigem Trinkwasser sowie Wasser für Haushaltszwecke versorgen. „Derzeit existiert kein anderes System, das Schadstoffe wie Fluorid so zuverlässig und nachhaltig entfernt“, berichtet Professorin Schäfer. Hohe Dosen von Fluorid können bei Kindern Zahnverfärbungen und schwere Fehlbildungen am Skelett verursachen. Wichtig ist auch das Herausfiltern von Bakterien und Viren – in vielen Gegenden Afrikas verlaufen Krankheiten wie Durchfallerkrankungen, die eigentlich gut behandelbar sind, aufgrund von Unterernährung und mangelnder medizinischer Versorgung vor allem bei Kindern häufig tödlich. Daher spielt die Versorgung mit sicherem Trinkwasser eine Schlüsselrolle für die Zukunft der Menschen in Afrika.
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.