Die europaweit einzigartige Versuchseinrichtung für Grundwasser- und Altlastensanierung "VEGAS" an der Universität Stuttgart trägt maßgeblich zur Lösung vieler Altlastenprobleme bei. Laborexperimente bilden die Grundlage jeder neuen Entwicklung bei der Erforschung innovativer Erkundungs-, Sanierungs- und Überwachungsverfahren. Mit "Tuba" und "Theris" verfügt VEGAS bereits über zwei Technologien, die den Weg in die Praxis erfolgreich beschritten haben. Ein aktuelles Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Beseitigung von chlorierten Kohlenwasserstoffen mithilfe von Nano-Eisen.
Detektivisch genau nehmen sie alte Industriegelände unter die Lupe, erfassen jedes noch so kleine Detail und werten verdächtige Bodenproben aus. Sie sind Umweltsünden auf der Spur, über die oft schon seit Jahrzehnten das Gras von Industriebrachen gewachsen ist. Sie - das sind die Ingenieure der europaweit einzigartigen Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung, kurz VEGAS, die vom Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart (IWS) betrieben wird - angeführt von Hans-Peter Koschitzky, dem technischen Leiter, und Jürgen Braun, dem wissenschaftlichen Leiter. "Altlasten, in der Regel Kontaminierungen durch chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW), Teeröl- und Mineralölprodukte, sind ein typisches Erbe unserer Industriegesellschaft", sagt Koschitzky. "Verursacht wurden sie durch unsachgemäßen Umgang mit diesen Stoffen, aus Unwissenheit und Nachlässigkeit, durch Unfälle oder Kriegseinwirkungen."
Seit nunmehr zwölf Jahren trägt die international anerkannte Forschungseinrichtung zur Bewältigung vieler zuvor nur unbefriedigend gelöster Altlastenprobleme bei. Das Hauptanliegen der VEGAS-Forscher ist es, mit innovativen Erkundungs-, Sanierungs- und Überwachungsverfahren verunreinigte Böden und Grundwässer schnell und kostengünstig so zu behandeln, dass die Industriebrachen wieder genutzt werden können. "Doch mit den heutigen Methoden lässt sich noch längst nicht jede Kontamination beheben", sagt Koschitzky. Laborversuche zur Boden- und Grundwassersanierung führe man zwar bereits seit Anfang der 1980er Jahre durch, die Ergebnisse seien jedoch selten ohne weiteres in die Praxis zu übertragen. Das Einbringen von Schadstoffen ins Erdreich und in das Grundwasser ist auch für wissenschaftliche Zwecke verboten, also geht man den umgekehrten Weg: "Um die Frage zu beantworten, mit welchen biologischen, chemischen oder physikalischen Methoden Altlasten aus Grundwasser und Boden entfernt oder in unschädliche Stoffe umgewandelt werden können, haben wir beschlossen, die Natur ins Labor zu holen - so groß, vergleichbar und kontrolliert wie möglich", erklärt Koschitzky. Seitdem wird auf dem Stuttgarter Unigelände am Pfaffenwaldring laufend an neuen Sanierungsverfahren getüftelt.
In-situ-Methode: Sanierungszeiten um 90 Prozent reduziert
Im Falle von lokalisierten und insbesondere bei tief liegenden Altlasten oder Schäden unter Gebäuden hat sich in Fachkreisen die so genannte In-situ-Sanierung durchgesetzt. Dabei wird der belastete Boden nicht ausgehoben, sondern an Ort und Stelle behandelt. Für die Bodenbereiche oberhalb des Grundwassers kommt als Standard-Technologie die "kalte" Bodenluftabsaugung zum Einsatz, bei der die gasförmigen Schadstoffe über eine Absauganlage an die Erdoberfläche geleitet und dort in einer Filteranlage entfernt und unschädlich gemacht werden. Diesem Verfahren setzen die geologischen Verhältnisse freilich Grenzen: Wo sich einzelne Bodenschichten als so wenig durchlässig erweisen, dass sich große Massen von Schadstoffen konzentrieren, werden die Behandlungen zeitaufwändig und kostenintensiv, ohne dass eine vollständige Sanierung möglich ist. "Es ist unser Ziel, gerade für solche Verhältnisse, also für wenig durchlässige Böden, die herkömmlichen Verfahren sowohl unter ökonomischen also auch unter ökologischen Aspekten zu verbessern", so Hans-Peter Koschitzky.
Mit einer Reihe von Entwicklungen zur Optimierung der Bodenluftabsaugung, allen voran die Verfahren "Tuba" - Dampf-Luft-Injektionen - und "Theris" - auf elektrisch betriebenen Heizsonden basierend -, hat VEGAS erheblichen Erfolg. Beide Technologien nutzen das Siedeverhalten der immittierten Stoffe aus: Bei Erwärmung des Bodens bis zum Siedepunkt der betreffenden Chemikalien werden diese in kürzester Zeit in den gasförmigen Zustand überführt. Beispielsweise mit Hilfe von Heizsonden werden selbst Stoffe in gering durchlässigen Schichten verdampft. Der Schadstoffaustrag wird so massiv gesteigert und der Reinigungsprozess deutlich beschleunigt. Durch die Anwendung von Tuba und Theris verkürzt sich die Sanierungszeit um rund 90 Prozent; darüber hinaus werden Energie und Kosten eingespart.
Ehe ihre Verfahren zum Einsatz gelangen, müssen sich die VEGAS-Forscher mit Vor-Ort-Messungen, Probebohrungen und numerischen Computersimulationen ein Bild von der Situation im Untergrund machen. "Entscheidend ist angesichts unseres nicht sichtbaren Untersuchungsobjektes das Verständnis für die im Boden ablaufenden Prozesse", sagt Koschitzky. "Unabdingbare Voraussetzung für jede Sanierung ist die genaue Bestimmung von Lage, Größe und Menge der vorliegenden Schadstoffe." Entsprechend dominieren technische Anlagen das Bild in der 36 mal 18 Meter großen VEGAS-Versuchshalle. Ein schwimmbeckengroßer, mit diversen Schläuchen, Kabeln, Rohren und Messgeräten versehener Behälter aus Edelstahl bestimmt das Szenario. In den korrosionsbeständigen Versuchsbehälter lassen sich bis zu 1.000 Kubikmeter Erde einschichten, um neue Technologien unter naturnahen Bedingungen und ohne Umweltgefährdung zu testen. Der Bodenaufbau sowie Art, Umfang und Verteilung der Schadstoffe können immer wieder neu variiert werden. Die computergesteuerte Komplettüberwachung ermöglicht die ständige Kontrolle, eine abschließende Massebilanz gibt Aufschluss über die Effektivität der Verfahren.
In Zukunft sollen Nano-Eisenpartikel sanieren helfen
Von der Sanierung einer früheren Sondermülldeponie in Mühlacker bis zur Behebung eines Schadensfalles unter den einstigen Räumlichkeiten einer chemischen Reinigung im historischen Altstadtkern von Karlsruhe-Durlach - gemeinsam mit Ingenieurbüros, Kommunen und Baufirmen arbeiten die
VEGAS-Experten daran, ihre innovativen Technologien in die Praxis zu transferieren. Viele Feldanwendungen laufen noch unter der Bezeichnung "Pilotsanierung", doch Tuba und Theris sind den Kinderschuhen bereits entwachsen: Ein "Spin-off" von VEGAS, die reconsite - TTI GmbH, ist dabei, die beiden Verfahren in der Branche zu etablieren.
Mit einem aktuellen Projekt ist die Versuchseinrichtung sogar im strategischen Umweltforschungs- und Entwicklungsprogramm SERDP (Strategic Environmental Research and Development Programme) des US-amerikanischen Verteidigungsministeriums vertreten. Bei diesem jüngsten Forschungsvorhaben wird das Theris-Verfahren für die Anwendung im Grundwasser fit gemacht. Neueste Entwicklungen, finanziert vom baden-württembergischen Umweltministerium, befassen sich mit der Sanierung von CKW mit Hilfe von Nano-Eisen. "Unser Ziel ist es, Nanometer kleine Eisenpartikel, wie sie früher zur Beschichtung von Tonbändern genutzt wurden, ins Grundwasser zu injizieren und zur Reaktion mit den chlorierten Kohlenwasserstoffen zu bringen", erklärt Hans-Peter Koschitzky. "Gelingt uns das, können wir solche Schadstofftypen künftig direkt im Untergrund unschädlich machen." Die Realisierung scheint für die VEGAS-Forscher nur noch eine Frage der Zeit zu sein.
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