Schütteln statt Chlor: Diese Kapsel tötet 99,9999 Prozent der Keime im Wasser

Weltweit fehlt mehr als zwei Milliarden Menschen der Zugang zu sicherem Trinkwasser, und Naturkatastrophen verschärfen die Lage zusätzlich, sobald Leitungen und Aufbereitungsanlagen ausfallen. Herkömmliche Notlösungen wie Abkochen, Chlortabletten oder Filter verbrauchen Brennstoff, schmecken unangenehm oder verstopfen nach kurzer Zeit. Ein internationales Forschungsteam um Professor Sang-Woo Kim von der Yonsei University in Seoul hat nun eine batterielose Kapsel entwickelt, die verunreinigtes Wasser mit wenigen Sekunden Schütteln selbst prüft und anschließend desinfiziert.

Ein Magnet ersetzt die Batterie

Im Inneren der Kapsel bewegt sich beim Schütteln ein Magnet durch eine Kupferspule und erzeugt per elektromagnetischer Induktion genug Strom für einen Sensor und ein Bluetooth-Modul. Dieser Sensor misst die Menge gelöster Feststoffe im Wasser, darunter Salze und Mineralien, und schickt den Messwert an ein Smartphone oder eine Smartwatch. Liegt der Wert unter 250 Milligramm pro Liter, gilt das Wasser als chemisch unbedenklich und die Kapsel schaltet automatisch in den Desinfektionsmodus. Bei höheren Werten warnt sie vor möglicher chemischer Belastung durch etwa Arsen oder Pestizide, gegen die das System selbst nichts ausrichten kann.

Elektrische Felder statt Chemikalien

Fällt die Prüfung positiv aus, lässt man die Kapsel einfach im Wasser treiben. Die Bewegung der Wellen reibt an der Kunststoffhülle und baut dort eine elektrostatische Ladung auf, ganz ähnlich wie bei einem Luftballon, den man an einem Pullover reibt. Auf der Oberfläche sitzen mikroskopisch kleine Nanostäbchen aus leitfähigem Polymer, gerade einmal 40 Nanometer breit, deren Spitzen die Ladung zu starken lokalen elektrischen Feldern bündeln. Diese Felder öffnen winzige Poren in den Zellmembranen von Bakterien und Viren, ein als Elektroporation bekannter Vorgang, und zerstören die Erreger ohne jeden Chemikalienzusatz.

Sechs Zehnerpotenzen weniger Keime

In Labortests reduzierte die Kapsel die Keimzahl von Escherichia coli, Bacillus subtilis und dem Virus-Surrogat MS2 um mehr als das Millionenfache, was einer Reduktion um sechs Zehnerpotenzen entspricht. Einen Liter Wasser reinigte das Gerät je nach Erreger innerhalb von 20 bis 25 Minuten, bei vier Litern Flusswasser dauerte der komplette Prozess 52 Minuten. Über 120 Desinfektionszyklen in Fluss- und Seewasser hinweg blieb die Leistung konstant, was insgesamt rund 480 Liter aufbereitetes Wasser ergibt, ausgelöst allein durch mehrfaches Schütteln.

Günstige Lösung für den Ernstfall

Die Forscher:innen beziffern die Herstellungskosten pro Kapsel auf unter 25 US-Dollar, mit weiterem Sparpotenzial bei größeren Produktionsmengen. An dem Projekt waren neben der Yonsei University auch das Korea Institute of Science and Technology, die University of Bath und die Renmin University of China beteiligt. Kim beschreibt die Entwicklung als selbstversorgende Plattform für die Wassersicherheit, die Verunreinigungen unmittelbar vor dem Trinken erkennt und Krankheitserreger entfernt, ganz ohne externe Stromquelle oder Chemikalien. Besonders in Regionen mit schwacher Infrastruktur und in Katastrophengebieten könnte die Kapsel eine Lücke schließen, die teure Filter und aufwendige Aufbereitungsanlagen bislang offenlassen. Anders als klassische Aufbereitungsmethoden verbraucht sie weder Brennstoff noch Ersatzteile, die sich in Krisengebieten oft nur schwer beschaffen lassen. Die Erstautor:innen Min Jae Park und Dong-Min Lee betonen zudem, dass sich das Prinzip auf größere Behälter übertragen lässt, sodass ganze Haushalte künftig von der gleichen Technik profitieren könnten.

via DongA Science