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Wissen & Umwelt

Holz als Wasserfilter

Ein neuartiges Wasserfilter-System könnte künftig Menschenleben retten. Die Bauart ist verblüffend einfach - und die Hauptkomponente gibts in der Natur: Holz. Doch wie sicher ist das Verfahren wirklich?

Stellen Sie sich einmal vor, jemand würde Ihnen erzählen, man könnte den Tod von Millionen von Menschen verhindern - mittels eines einfachen Stücks Holzes. Was im ersten Moment utopisch klingen mag, könnte dank eines Forscherteams vom Massachusetts Institute of Technology in nicht allzu ferner Zukunft tatsächlich Realität werden.

Doch eins nach dem anderen. Es ist einige Jahre her, als der Maschinenbauingenieur Rohit Karnik auf einer NATO-Fachkonferenz einem Gespräch befreundeter Biologen lauscht. Das Thema: Pflanzen und ihr Xylem - also das holzige Leitgewebe, mit dem Wasser innerhalb einer Pflanze von der Wurzel in die Äste und Blätter transportiert wird. Karnik kommt eine Idee: Warum sollte man nicht den Versuch wagen, das Xylem einer Pflanze als natürlichen und kostengünstigen Wasserfilter nutzen?

Erste Tests waren erfolgreich

Denn das Xylem verfügt über Membranen, mit derart engmaschigen Poren, dass selbst nur nanometergroße Partikel darin hängen bleiben. Dies dient in der Natur vor allem dazu, zu verhindern, dass sich innerhalb der Pflanze beim Wassertransport Luftbläschen bilden. Diese wären - genau wie beim Menschen innerhalb des Blutkreislaufs - tödlich. Karniks Hoffnung: Diese Membranen könnten nicht nur Luftbläschen filtern, sondern auch Bakterien - und damit verseuchtes Trinkwasser wieder genießbar machen.

Harz tropft aus einer aufgeschnittenen Kiefer (Foto: picture alliance/Hinrich Bäsem)

Hier gut sichtbar: Teilweise ist bei diesem gefällten Baum das Xylem noch aktiv - es strömt Harz heraus

Die Wissenschaftler bauten also aus einem Stück Kiefernholz und einem Schlauch einen simplen Filter. Karnik und sein Team arbeiten bereits seit geraumer Zeit an Membranen, die Wasser von Bakterien filtern - beziehungsweise entsalzen - und damit trinkbar machen können. Die Herstellung ist mit heutigen wissenschaftlichen Standards zwar relativ einfach, allerdings teuer.

Bei ihrem Versuch schütteten sie zuerst Wasser mit rotem Farbstoff durch ihren Filter - und tatsächlich - als die Flüssigkeit wieder heraus lief, war sie rein, wie hier im

Video

zu sehen. Der Farbstoff hatte sich an den Membranen des Xylems gesammelt.

Versuchsaufbau: Holz als Wasserfilter (Foto: MIT, 2014 Boutilier et al.)

Ein simpler Versuchsaufbau brachte den Wissenschaftlern Gewissheit

Auch die darauffolgenden Tests gingen gut, bei denen die Wissenschaftler Bakterien der Gattung Escherichia Coli ins Wasser gaben: "Unsere ersten Versuche haben gezeigt, dass tatsächlich 99,99 Prozent aller Bakterien von dem Xylem gefiltert wurden", sagt Karnik. Ein einziger Filter könne so bis zu vier Liter Trinkwasser am Tag produzieren.

Rettung für Millionen?

Noch immer sterben laut WHO weltweit 1,6 Millionen Menschen jährlich an Krankheiten, die durch Bakterien verseuchtes Trinkwasser hervorgerufen werden, 90 Prozent davon sind Kinder. Bisher bewährte Methoden zur Trinkwasserreinigung, zum Beispiel Chlorbehandlung, UV-Desinfektion oder Kohlefilter, sind entweder zu teuer, bei großen Mengen zu ineffektiv, oder benötigen den Einsatz von Strom, der gerade in den bedürftigsten Regionen der Erde natürlich kaum vorhanden ist. "Ich glaube, Xylem-Filter haben durchaus das Potenzial, Wasserreinigung, einfach und kostengünstig für jedermann zugänglich zu machen", so Karnik. "Und das ohne den Einsatz spezieller Anlagen oder Chemikalien."

Noch sei es allerdings zu früh, seinen Xylem-Filter mit bereits bewährten Techniken zu vergleichen, relativiert der Wissenschaftler. "Es ist auch unwahrscheinlich, dass er heute schon besser funktionieren würde als technisch hochentwickelte Membranen." Momentan testen Karnik und sein Team die Filterfähigkeiten von verschiedenen weiteren Holzsorten und sind sich sicher, dass diese zum Teil sogar noch effektiver Bakterien aufhalten könnten als Kiefernholz.

Illustration Krankheitserreger Bakterien Escherichia coli

Eien stark vergrößerte Illustration von Escherichia coli-Bakterien (EHEC), zum Beispiel verantwortlich für Harnwegsinfektionen, oder schwere Magen-Darm-Erkrankungen

Bis zur Entwicklung erster massentauglicher Prototypen werde es aber noch etwa zwei bis drei Jahre dauern. Ein weiteres Problem: Das System kann zwar selbst Bakterien filtern, die nur 200 Nanometer groß sind, allerdings könnten zum Beispiel Viren - welche noch kleiner sind - ungehindert passieren. Zudem muss das Holz stetig feucht gehalten werden, damit es seine Filtereigenschaften behält. Hartmut Bartel vom Umweltbundesamt kritisiert auch: "Diese und ähnliche Filterverfahren dienen vor allem der Prämisse "besser als gar nichts", mit unserem Anspruch auf eine hygienisch sichere Trinkwasserqualität hat das aber gar nichts zu tun." Und auch Robert Jackson von der Stanford Universität in Kalifornien gibt zu bedenken: "Sicher ist es gut, fast alle Bakterien herausfiltern zu können, wenn man jedoch bedenkt, dass bereits in einem einzigen Wassertropfen Millionen von ihnen sein können, darf man sich nicht auf nur 99 Prozent Effektivität verlassen."

Noch viel Arbeit

Nicole Sander vom Technischen Hilfswerk bestätigt hingegen, dass das neuartige Filtersystem auch für ihre Organisation "von Interesse" sei, da es konventionellen Systemen nahekomme. Man werde die Entwicklung dieser neuen Filtrationsart weiter beobachten. Solange aber keine weiteren wissenschaftlichen Erkenntnisse vorlägen, sei das Verfahren beim THW "noch nicht anwendbar".

Karnik selbst weiß auch, dass vor ihm und seinen Mitstreitern viel Arbeit liegt: "Es sind noch diverse Tests nötig, um die Leistung der Xylem-Filter besser zu verstehen und zu erhöhen." Momentan suchen sie nach finanzieller Unterstützung, um ihr Produkt massentauglich zu machen. Karnik schwebt dabei ein Filter vor, den man einfach auf einen Wasserhahn schrauben kann. "Wir hoffen, mit unserem System dort ansetzen zu können, wo andere Methoden zu teuer oder nicht zugänglich sind - und das besser früher als später."

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