Fraunhofer FEP: Die Filtertechnik für Wasser, die aus dem Labor in die Industrie geht

Matthias Fahland, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden, hat mit seinem Team eine neue Filtertechnik für Wasser entwickelt, die auf hauchdünnen Kohlenstoff-Nanomembranen basiert.

Unter Laborbedingungen wies diese Membran eine im Vergleich zu klassischen Osmosemembranen mindestens fünffach höhere Kochsalzrückhaltung auf – und das bei einer ähnlichen Durchflussrate. Die Technik soll künftig in der Wasseraufbereitung, der Lebensmitteltechnik und der Energietechnik zum Einsatz kommen.

Hohe Rückhaltung im Labor bestätigt

Grundlage der Entwicklung ist eine hochvernetzte Polymerschicht aus sogenannten Carbon Nanomembranen, kurz CNM, die nur wenige Nanometer dick ist. Trotz dieser extremen Dünne erreichte die Membran in Laborversuchen die deutlich höhere Salzrückhaltung.

Entwickelt wurde die Technologie im EU-Projekt Convert2Green, das von Januar 2023 bis Dezember 2025 lief und durch das Förderprogramm Horizon Europe finanziert wurde. Insgesamt 18 Partner aus Wissenschaft und Industrie aus neun europäischen Ländern arbeiteten daran mit, der erfolgreiche Projektabschluss erfolgte im Frühjahr 2026.

Wie die Carbon-Nanomembran Wasser und Industrieflüssigkeiten reinigt

Die CNM-Verbundmembranen lassen sich auf zwei Arten einsetzen. Über die Vorwärtsosmose können sie wässrige Lösungen konzentrieren, etwa um Lagerungs- und Transportkosten in der Getränkeindustrie zu senken oder um wertvolle Aromen und Proteine in der Lebensmittelproduktion zurückzugewinnen. Über die Niederdruck-Umkehrosmose lässt sich mit derselben Membran hochreines Wasser herstellen, ohne den hohen Druckbedarf klassischer Umkehrosmose-Anlagen.

Fahlands Team ging einen Schritt weiter und integrierte zusätzliche Metallschichten in den Herstellungsprozess. Daraus entstanden ultradünne Metallfolien mit einer Dicke von nur wenigen Dutzend Nanometern. Diese Folien eröffnen nach Angaben des Fraunhofer FEP neue Möglichkeiten für die miniaturisierte Optik und Sensorik – ein Anwendungsfeld, das über die Wasseraufbereitung hinausreicht.

Matthias Fahland leitet den Sprung vom Labor in die Produktion

Besonders an der Entwicklung ist nach Darstellung des Fraunhofer FEP, dass sämtliche Herstellungsschritte erstmals in einem durchgehenden Rolle-zu-Rolle-Verfahren umgesetzt wurden: von der Abscheidung der hauchdünnen Schicht bis zu ihrer Vernetzung per Elektronenstrahl. Damit verlässt die Technologie den reinen Laborversuch und rückt näher an eine industrielle Fertigung heran.

Fahland bezeichnet diesen Schritt von der Laborprobe zum industriell relevanten Prozess als entscheidenden Fortschritt auf dem Weg zur wirtschaftlichen Rentabilität der Filtertechnik. Die im Projekt Convert2Green aufgebauten Strukturen und Partnerschaften sollen nach Angaben des Fraunhofer FEP auch über das offizielle Projektende hinaus fortgeführt werden.

Die Einsatzmöglichkeiten der neuen Membran reichen über ein einzelnes Anwendungsfeld hinaus:

• Eindickung wässriger Systeme via Vorwärtsosmose zur Reduzierung von Transport- und Lagergebühren.
• Gewinnung hochreinen Wassers über Niederdruck-Umkehrosmose mit geringerem Druckbedarf.
• Rückgewinnung von Aromen und Proteinen in der Lebensmittelproduktion.
• Nutzung ultradünner Metallfolien für miniaturisierte Optik und Sensorik.

Was als Nächstes für die Filtertechnik kommt

Für interessierte Branchenexperten und Betriebe öffnet sich im nächsten Jahr eine gezielte Networking-Plattform: Am 25. und 26. Mai 2027 wird die Fachkonferenz pro flex 2027 direkt am Fraunhofer FEP in Dresden ausgerichtet. Dort dürfte die weitere Entwicklung der Carbon-Nanomembranen und ihrer industriellen Anwendung Thema sein.

Für Betriebe aus Wasseraufbereitung, Lebensmitteltechnik und Energietechnik liegt der praktische Nutzen vor allem darin, dass eine Technik, die bislang im Labor getestet wurde, nun erstmals durchgängig im industriellen Maßstab herstellbar ist.