Eine neue Studie, veröffentlicht in Frontiers of Environmental Science & Engineering, schlägt ein integriertes Bewertungsrahmenwerk zur Auswahl nachhaltiger Adsorbentien vor, die mit Netto-Null-Zielen in der Wasseraufbereitung im Einklang stehen. Die Forschung adressiert die Umweltbelastung durch konventionelle Aktivkohlen, die typischerweise aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden und energieintensive Verarbeitungsschritte erfordern. Durch die Kombination von Adsorptionsleistungstests mit Ökobilanzierung und End-of-Life-Analyse identifiziert das Rahmenwerk Materialien, die gleichzeitig hohe Schadstoffentfernungseffizienz und reduzierte Treibhausgasemissionen erreichen.
Die Studie, über die Forscher der Kyung Hee University am 23. August 2025 berichteten, konzentriert sich auf biobasierte Aktivkohlen aus Kiefernrinde als erneuerbare Alternativen zu kohlebasierten Materialien. Das Team synthetisierte Aktivkohlen mittels fünf verschiedener chemischer Aktivierungsstrategien und stellte fest, dass eine Doppelaktivierung mit Natriumhydroxid gefolgt von Salzsäure das effektivste Adsorbens erzeugte. Dieses Material zeigte eine maximale Adsorptionskapazität für Huminsäure von 15,84 mg pro Gramm und übertraf damit sowohl einfach aktivierte Biokohlen als auch kommerziell erhältliche Aktivkohlen deutlich.
Zur Bewertung der Umweltauswirkungen wandten die Forscher eine Ökobilanzierung an, die sowohl massenbasierte als auch adsorptionskapazitätsbasierte Funktionseinheiten nutzte. Während massenbasierte Vergleiche ähnliche CO₂-Fußabdrücke über mehrere Aktivierungsmethoden hinweg zeigten, offenbarte die leistungsbasierte Bewertung einen klaren Vorteil für das doppelt aktivierte Adsorbens. Da weniger Material benötigt wurde, um die gleiche Schadstoffmenge zu entfernen, waren dessen Treibhausgasemissionen und kumulativer Energiebedarf pro Einheit entfernten Schadstoffs unter allen Kandidaten am niedrigsten. Die Studie identifizierte den Stromverbrauch während des Trocknens und der Pyrolyse als wesentliche Umwelt-Hotspots im Produktionsprozess.
Die Analyse zeigte weiter, dass eine Produktion im industriellen Maßstab die Kohlenstoffemissionen pro Kilogramm Adsorbens im Vergleich zur Laborsynthese um fast 90 % reduzieren könnte. Auch End-of-Life-Szenarien wurden bewertet, wobei sich zeigte, dass die Regenerierung verbrauchter Adsorbentien erhebliche Emissionsersparnisse gegenüber Deponierung oder Verbrennung bietet. Dieser Befund unterstreicht den Wert zirkulärer Materialstrategien zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen. Die Forscher betonen, dass eine Bewertung von Adsorbentien allein anhand der Adsorptionskapazität oder Produktionsemissionen ein unvollständiges Bild der Nachhaltigkeit liefert und dass leistungsbasierte Ökobilanzkennzahlen die realen Umweltvorteile besser widerspiegeln.
Das vorgeschlagene multifaktorielle Auswahlrahmenwerk bietet ein praktisches Werkzeug für Forscher, Ingenieure und politische Entscheidungsträger, die nach nachhaltigen Wasseraufbereitungslösungen suchen. Durch die Abstimmung von Adsorptionseffizienz mit Lebenszyklusleistung und End-of-Life-Überlegungen unterstützt der Ansatz informierte Entscheidungen für den Einsatz kohlenstoffarmer Materialien. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass biobasierte Aktivkohlen, wenn sie optimal gestaltet und nach Gebrauch regeneriert werden, den ökologischen Fußabdruck von Wasseraufbereitungssystemen erheblich reduzieren können. Das Rahmenwerk kann auf andere Funktionsmaterialien ausgeweitet werden, bei denen Leistung und Nachhaltigkeit gemeinsam optimiert werden müssen, und trägt so zu breiteren Netto-Null- und Kreislaufwirtschaftszielen bei. Die Studie ist verfügbar unter https://doi.org/10.1007/s11783-025-2068-6.
