Wie dieser Chemiker landwirtschaftliche Abfälle in Wasserfilter verwandelt

7:18 Minuten

Aktivkohlefilter sind als Wasserfilter in Kannen oder direkt am Wasserhahn zu alltäglichen Haushaltsgegenständen geworden. Diese Aktivkohlefilter werden auch in industriellen Prozessen wie der Abwasserbehandlung und zum Herausfiltern von in Schornsteinen freigesetzten Chemikalien eingesetzt.

Dr. Kandis Leslie Abdul-Aziz, Assistenzprofessor für Chemie- und Umweltingenieurwesen an der University of California Riverside, hat Aktivkohlefilter aus landwirtschaftlichen Abfällen wie Maisstroh und Orangenschalen hergestellt.

Abdul-Aziz spricht mit Ira über ihre Forschung und darüber, was nötig ist, um Herstellungsprozesse nachhaltiger und weniger schädlich für den Planeten zu gestalten.

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Kandis Leslie Abdul-Aziz ist Assistenzprofessorin für Chemie- und Umweltingenieurwesen an der University of California – Riverside in Riverside, Kalifornien.

IRA FLATOW: Sie haben wahrscheinlich einen oder zwei Aktivkohlefilter gesehen oder verwenden ihn sogar. Das ist der Filter in Ihrem Wasserkrug, den Sie wahrscheinlich häufiger wechseln sollten, als Sie es tatsächlich tun. Es ist auch der schwarze Filter in Ihrem Luftreiniger, der Chemikalien aus der Luft entfernt. Dabei handelt es sich um Aktivkohlefilter. Und sie sind nicht nur bei Ihnen zu Hause. Sie werden in der Abwasseraufbereitung und in Schornsteinen eingesetzt.

Aber was wäre, wenn wir diese Filter aus recycelten Materialien herstellen könnten? Mein nächster Gast arbeitet daran. Bisher hat sie Aktivkohlefilter aus landwirtschaftlichen Abfällen hergestellt, also aus Maisschalen und Orangenschalen. Jetzt ist Dr. Kandis Abdul-Aziz, Assistenzprofessorin für Chemie- und Umweltingenieurwesen an der UC Riverside, zu mir gekommen, um mehr über ihre Forschung zu sprechen. Das Unternehmen hat seinen Sitz in Riverside, Kalifornien. Dr. Abdul-Aziz, willkommen zum Science Friday.

KANDIS ABDUL-AZIZ: Alles klar. Danke, Ira. Ich bin froh, hier zu sein.

IRA FLATOW: Wie ich bereits erwähnt habe, verwandeln Sie Schalen, Stiele und Blätter in Kohlefilter. Wie sind Sie auf Maisabfälle gelandet?

KANDIS ABDUL-AZIZ: Ja, Maisabfälle sind also tatsächlich der größte landwirtschaftliche Abfall, der in den Vereinigten Staaten produziert wird. Ich bin an der University of Illinois zur Schule gegangen und kenne daher alle Maisfelder in der Umgebung sehr gut. Eines der ersten anfänglichen Probleme, die wir nutzen wollten, bestand darin, herauszufinden, ob wir mit all den anfallenden Maisabfällen etwas anfangen können.

IRA FLATOW: Hmm, und wie verwandelt man Maisschalen in Kohlefilter? Ich weiß, dass, wenn man ein Streichholz an eine Maisschale hält, diese anfängt zu brennen und schwarz wird, aber das ist doch nicht das, was man tut, oder?

KANDIS ABDUL-AZIZ: Nein, also haben wir in meinem Labor an der UC Riverside tatsächlich ein Verfahren entwickelt, das Maisschalen und sogar Zitrusschalen in festen Kohlenstoff zerlegen kann. Was wir also tun, ist, diesen festen Kohlenstoff chemisch zu modifizieren und diese Porenstruktur zu erzeugen, die dann Aktivkohle genannt wird. Und Sie können Aktivkohle in all diesen verschiedenen coolen Anwendungen verwenden.

IRA FLATOW: Lassen Sie uns nun über einige dieser coolen Anwendungen sprechen. Nennen Sie ein paar wirklich gute für uns.

KANDIS ABDUL-AZIZ: Sicher, eine der Methoden, mit denen die Menschen am besten vertraut sind, ist die Wasserfiltration. Tatsächlich hat mein Labor untersucht, wie wir Aktivkohlefilter aus landwirtschaftlichen Abfällen modifizieren und diese nutzen können, um verschiedene Wasserschadstoffe zu entfernen. Eine andere Möglichkeit ist auch die Luftreinigung. So können Sie beispielsweise in Ihrem Auto Aktivkohlefilter verwenden, um die Luft zu reinigen, während Sie Ihr Fahrzeug fahren.

IRA FLATOW: Hm. Jetzt verstehe ich, dass man PFAS, das überall ist, tatsächlich herausfiltern kann, oder?

KANDIS ABDUL-AZIZ: Als wir mit der Entwicklung dieser Aktivkohle-Wasserfilter begannen, haben wir uns mit der Entfernung verschiedener Phenolverbindungen befasst, da diese typischerweise in Industrieabfällen vorkommen. Aber wir haben mit einigen Leuten in Wassergemeinden gesprochen, insbesondere in Südkalifornien, wo wir ansässig sind, und PFAS schien einer der Punkte zu sein, die viele dieser Gemeinden im Hinblick auf die Entfernung von PFAS aus dem Abwasser im Kopf hatten. Deshalb haben wir vor Kurzem damit begonnen, uns mit der Entfernung von PFAS aus Abwasser zu befassen und zu versuchen, auch die Eigenschaften der Aktivkohle zu modifizieren, damit wir dies ebenfalls effektiv tun können.

IRA FLATOW: Sie haben erwähnt, dass Sie mit einem ähnlichen Verfahren Orangenschalen in Kohlefilter verwandelt haben. Ich könnte mir vorstellen, dass man in Kalifornien mit all diesen Orangenhainen seine Schalen herbekommt, oder?

KANDIS ABDUL-AZIZ: Ja, absolut. Gleich um die Ecke von meinem Haus haben wir einen Orangenhain. Und wir hatten die Idee, dass wir uns in Südkalifornien befinden. Auch hier wollen wir der lokalen Industrie zugutekommen. Deshalb wollten wir die Orangenschalen, die normalerweise weggeworfen oder als Kuhfutter verwendet werden, weiterverarbeiten und prüfen, ob wir sie auch für Aktivkohle verwenden können. Und tatsächlich ist einer meiner Doktoranden gerade zum Zitrushain um die Ecke von meinem Haus gegangen und hat einen Müllsack voller Orangenschalen geholt. Und das haben wir für viele unserer Experimente genutzt.

IRA FLATOW: Sie müssen es Ihnen gerne gegeben haben.

KANDIS ABDUL-AZIZ: Ja, sie waren sehr glücklich.

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IRA FLATOW: Woraus werden Aktivkohlefilter typischerweise hergestellt? Und warum sollten wir wie Sie recycelte Materialien verwenden und stattdessen neue Materialien wie Maisschalen oder Orangenschalen entwickeln?

KANDIS ABDUL-AZIZ: Typischerweise wird Aktivkohle entweder aus Kohle oder Kokosnüssen hergestellt. Nun, Kohle, ich meine, wenn wir versuchen, von Kohle als Energieressource wegzukommen, dann wäre es für uns vorteilhafter, etwas zu nutzen, das nachhaltig ist, wie zum Beispiel landwirtschaftliche Abfälle. Darüber hinaus verwenden wir Kokosnüsse, der Großteil davon wird jedoch exportiert. Der Nutzen der Entwicklung von Aktivkohlefiltern aus landwirtschaftlichen Abfällen, insbesondere aus lokal anfallenden Abfällen, besteht also darin, dass diese aus den Vereinigten Staaten stammen können.

IRA FLATOW: Mm-hmm. Wann kann ich diese Filter nun im Laden bekommen? Ich meine, ich kann mir vorstellen, dass Sie sich gerade in der Recherchephase befinden, oder? Aber die Leute fragen dich bestimmt ständig: „Hey, ich möchte etwas von diesem Zeug haben.“

KANDIS ABDUL-AZIZ: Ja, es gibt tatsächlich großes Interesse an diesen erneuerbaren Aktivkohlefiltern. Wir betreiben jedoch immer noch erhebliche Forschungsarbeiten. Und insbesondere wollen wir damit beginnen, sie zu verbessern, um sie für Wasseraufbereitungsanlagen vorteilhafter zu machen, indem wir sie in einer kontrollierten Partikelgröße, beispielsweise in Granulatgröße, herstellen.

Darüber hinaus möchten wir sehen, welche Auswirkungen diese unterschiedlichen Wachstumsperioden auf die Aktivkohle haben könnten, denn das ist wahrscheinlich eines der Hauptprobleme, nämlich dass es zu einer Art Heterogenität im Wachstumszyklus kommen kann. Und wir gehen davon aus, dass dies auch zu einer Veränderung der Eigenschaften der Aktivkohle führen wird, die aus diesen landwirtschaftlichen Ressourcen gewonnen wird. Und jetzt versuchen wir, auch das zu untersuchen.

IRA FLATOW: Sie klingen wie ein Kohlenstoffexperte. Was befindet sich an der Kohlenstoffgrenze, der Kohlenstoffabscheidungsgrenze, die Sie gerne sehen würden?

KANDIS ABDUL-AZIZ: Ein großer Schwerpunkt unserer Forschung ist die Entwicklung von Sorbentien, die Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan aus der Luft entfernen können. Und wir versuchen tatsächlich, das als Bausteine ​​zu nutzen, um ähnliche Materialien herzustellen, die wir heute aus fossilen Brennstoffen herstellen. Das ist etwas, das für uns wirklich aufregend ist.

IRA FLATOW: Wenn man es im Kohlenstoff einfängt, bleibt es dann im Kohlenstoff? Ich meine, könnte man damit andere Dinge damit bauen und es für immer einsperren?

KANDIS ABDUL-AZIZ: Wir haben zum Beispiel ein Material, das Kohlendioxid einfangen und in Karbonat umwandeln kann, das im Grunde genommen verfestigter Kohlenstoff ist. Und so kann man es als Gesteinsform aufbewahren. Das ist etwas, das gerade untersucht wird. Wir stehen am anderen Ende, wenn es darum geht, den abgeschiedenen Kohlenstoff zu nutzen. Also CO2 und Methan einfangen und in Synthesegas umwandeln, das oft ein Baustein für die Herstellung weiterer Dinge wie Benzin oder für die Herstellung von Ethanol oder Ethylen ist, die auch Bausteine ​​für die Herstellung anderer Materialien wie Polymere sein können.

IRA FLATOW: Klingt sehr interessant. Ich wünsche Ihnen dabei viel Glück, Dr. Abdul-Aziz. Vielen Dank, dass Sie sich heute die Zeit genommen haben, bei uns zu sein.

KANDIS ABDUL-AZIZ: Ja, danke, dass du mich hast.

IRA FLATOW: Dr. Kandis Leslie Abdul-Aziz, Assistenzprofessorin für Chemie- und Umweltingenieurwesen an der UC Riverside.

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Shoshannah Buxbaum ist Produzentin für Science Friday. Sie fühlt sich besonders zu Geschichten über Gesundheit, Psychologie und Umwelt hingezogen. Sie ist eine stolze gebürtige New Jerseyerin und teilt gerne ihre Meinung darüber mit, warum der Staat etwas mehr Liebe verdient.

Ira Flatow ist Moderator und ausführender Produzent von Science Friday. Sein grüner Daumen hat so manches Bürogewächs wieder zum Leben erweckt.

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