In einer Welt, die zunehmend von der Notwendigkeit sauberer Prozesse, nachhaltiger Produktion und fortschrittlicher Materialien geprägt ist, hat sich Membrantechnologie als zentraler Wegbereiter über viele Branchen hinweg etabliert. Ihre Anwendungsgebiete reichen von Wasseraufbereitung und Energiegewinnung bis hin zu chemischer Trennung und Bioprozeßtechnik. Moderne Membranen zeichnen sich durch hohe Selektivität, kompakte Bauweise und geringe Energieanforderungen aus. Für die Industrie sind sie unverzichtbar sowohl für die Einhaltung von Umweltstandards als auch für Erfüllung leistungsbezogener Anforderungen.
Im Zentrum der Membranherstellung steht ein bewährtes Verfahren der lösungsmittelfreien Phasentrennung. Dabei wird eine Polymerlösung zunächst zu einer dünnen Schicht verarbeitet. Danach wird die Phasentrennung meist ähnlich wie bei der Käseherstellung durch Eindicken oder Dampfeinwirkung ausgelöst. Am Ende entsteht dadurch eine poröse Matrix mit fein abgestimmten Filtereigenschaften. Diese Verfahren haben sich aufgrund ihrer Einfachheit und Skalierbarkeit in der industriellen Membranproduktion etabliert. Sie liefern zuverlässig Qualität für zahlreichen Anwendungen.
Die zunehmende industrielle Nachfrage nach spezialisierten und hocheffizienten Membranen treibt die Erforschung der Herstellungsverfahren weiter voran. Ein vielversprechendes Verfahren ist das gezielte lösungsmittelfreie Besprühen. Diese wirkungsvolle Modifikation, bei der das Eindickbad durch Besprühen ersetzt wird, ermöglicht strukturierte Oberflächen, verbesserte Durchlässigkeit und geringere Verschmutzung. Gleichzeitig bleibt der Vorteil der industriellen Skalierbarkeit erhalten. Diese Innovation spielt eine entscheidende Rolle bei der Anpassung von Membranen an die komplexen Anforderungen moderner Filtersysteme.
Eine aktuelle Pilotstudie der Katholischen Universität Leuven in Belgien hat erfolgreich die Sprühtechnik für Produktion von Membranen im 12-Zoll-Rollverfahren angepaßt. Dies stellt einen bedeutenden Schritt vom Labor zum Industriemaßstab dar. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Membranes veröffentlicht. Die Forscher variierten bei ihren Versuchen sowohl die in Polymerkonzentration und das Molekulargewicht, als auch die Verwendung hydrophiler Zusätze wie Polyethylenglykol und Polyvinylpyrrolidon. Dadurch konnten sie fehlerfreie, gleichmäßig strukturierte Polysulfon-Ultrafiltrationsmembranen mit vielversprechenden Leistungsverbesserungen herstellen. Besonders hervorzuheben ist ein bis zu 350% höherer Wasserfluß im Vergleich zu herkömmlichen flachen Membranen. Das ist zurückzuführen auf tiefe Oberflächenstrukturen von bis zu 825 µm. Die poröse, fingerartige Innenstruktur erhöht die Durchflußrate ohne die Abscheidungseffizienz zu beeinträchtigen.
Unter den getesteten Additiven war Polyethylenglykol am besten geeignet. Sein Einsatz ermöglichte Membranen mit hoher reiner Wasserdurchlässigkeit von über 1000 Liter/m²/Stunde/bar und gleichbleibender Proteinscheidung (ca. 90%). Diese Membranen zeigten zudem ausgezeichnete strukturelle Integrität und Homogenität. Beides sind entscheidende Faktoren für dauerhafte Haltbarkeit und Prozeßzuverlässigkeit. In der Studie wurden außerdem Betriebsparameter wie die optimale Gießgeschwindigkeit, die lösungsmittelfreie Besprühungsrate und die Kontrolle der Lösungsviskosität als entscheidende Einflußgrößen für reproduzierbare Membranqualität und Skalierbarkeit des Prozesses identifiziert.
Dieser Sprung vom Labor- zum Pilotmaßstab kann weitreichende industrielle Folgen haben. Die Möglichkeit, kontinuierlich Membranen mit hohem Durchfluß und Fouling-Resistenz sowie präzisen Struktureigenschaften herzustellen, bietet der Industrie eine robuste und skalierbare Lösung. Die Anwendungsbereiche reichen von der kommunalen und industriellen Abwasserbehandlung über die biopharmazeutische Produktion bis hin zur Lebensmittelverarbeitung. Dabei handelt es sich um Branchen, in denen die Membranleistung sowohl Umweltaspekte als auch Betriebskosten direkt beeinflussen kann.
Im Kern bedeutet die optimierte Herstellung durch Besprühen mehr als nur eine Leistungssteigerung. Die neue Herstellungsmethode ermöglicht auch den Übergang von einer rein akademischen Forschungsneuheit zur kommerziellen Einsatzfähigkeit. Der neue Ansatz überbrückt die Kluft zwischen Design und Anwendung. Er liefert ein solides Fundament für die Massenproduktion fortschrittlicher Membranen, die effizient, wirtschaftlich und umweltfreundlich sind.
Frontis Energy stellt sich eine Welt vor, die durch nachhaltige Membraninnovationen verwandelt wird. Dadurch können sauberes Wasser, Ressourceneffizienz und eine robuste Infrastruktur für alle zugänglich werden.
Ilyas, et al., 2025, Pilot-scale polysulfone ultrafiltrationpPatterned membranes: phase-inversion parametric optimization on a roll-to-roll casting system, Membranes 15, 8, 228, DOI: 10.3390/membranes15080228
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