Terwijl chloor en ultraviolet licht de standaardmiddelen zijn om water te desinfecteren, ozon is even effectief in het doden van ziektekiemen. Daten, ozon is alleen gebruikt als oxidatiemiddel voor de behandeling van water in grote installaties. Nutsvoorzieningen, echter, een projectconsortium uit Sleeswijk-Holstein ontwikkelt een geminiaturiseerde ozongenerator voor gebruik in kleinere toepassingen zoals waterdispensers of kleine huishoudelijke apparaten. Het Fraunhofer Institute for Silicon Technology ISIT heeft de sensorchip en elektrodesubstraten voor de elektrolysecel geleverd.

In vergelijking met conventionele desinfectiemiddelen zoals chloor of ultraviolet, ozon opgelost in water heeft een aantal voordelen:het is milieuvriendelijk, actief blijft buiten de directe plaats van herkomst, heeft slechts een korte retentietijd in water en is vervolgens smaakloos. Door het hoge oxidatiepotentieel ozon is zeer effectief in het bestrijden van ziektekiemen. Het breekt het celmembraan van veel voorkomende ziekteverwekkers af. In Duitsland, ozon wordt vooral gebruikt om zwembaden en drinkwater te desinfecteren en afvalwater te zuiveren. Toch wordt het zelden gebruikt om water te desinfecteren in huishoudelijke apparaten zoals ijsmachines en drankautomaten of in andere armaturen zoals douche-wc's. MIKROOZON, een project gefinancierd door de deelstaat Sleeswijk-Holstein en de EU, wil hier verandering in brengen. Onderzoekers van Fraunhofer ISIT werken samen met het in Itzehoe gevestigde bedrijf CONDIAS GmbH, die in 2001 werd opgericht als een spin-off van het Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST, en CONDIAS-partner Go Systemelektronik GmbH, van Kiel. De drie partners ontwikkelen een geminiaturiseerde ozongenerator met geïntegreerde sensortechnologie en microprocessorbesturingssysteem.

Directe productie van ozon via waterelektrolyse

"De ozongenerator is zeer compact en kan worden geïntegreerd in systemen en apparaten die regelmatig moeten worden gedesinfecteerd, " zegt Norman Laske, onderzoeker bij Fraunhofer ISIT. "Je sluit hem eenvoudig aan op de waterleiding, en het zal de juiste hoeveelheid geozoniseerd water produceren wanneer dat nodig is." De ozongenerator is slechts een paar kubieke centimeter groot en bestaat uit een elektrolysecel, een sensorchip, besturingselektronica om stroom en spanning te regelen, en elektronica om de sensorsignalen te lezen. "De twee elektroden zijn gescheiden door een ionengeleidend scheidingsmembraan, Laske legt uit. "Als er een spanning over de elektroden wordt aangelegd, het water wordt gesplitst door een proces van elektrolyse. Door de diamantlaag die de elektroden bedekt, dit proces vormt eerst hydroxylradicalen, die vervolgens reageren om voornamelijk ozon (O3) en zuurstof (O2) te vormen."

Met diamant beklede siliciumelektroden

Hoe de elektroden met hun met borium gedoteerde diamantlaag worden gemaakt, is de knowhow die CONDIAS GmbH zijn naam heeft gegeven. Het bedrijf gebruikt al een chemisch dampdepositieproces om grootschalige elektroden te coaten die nodig zijn om het ballastwater van zeeschepen te desinfecteren. Echter, de elektroden die nodig zijn voor de MIKROOZON-generator zijn veel kleiner. Ze zijn gemaakt van silicium en hebben fijn geëtste sleuven die door de elektroden lopen om aan de achterkant smalle spleten te vormen. Om deze sleuven met de vereiste precisie te kunnen etsen, de onderzoekers van Fraunhofer ISIT moesten wafermateriaal volgens hun eigen specificaties laten vervaardigen.

Om een ​​ozongenerator te bouwen, paren van deze elektroden zijn rug aan rug gemonteerd, met daartussen een scheidingsmembraan. De gassen komen vrij bij het grensvlak met het scheidingsmembraan en ontsnappen dan door de sleufstructuur naar de andere kant van de elektrode, waar de turbulentie van de waterstroom ervoor zorgt dat ze efficiënt worden opgelost en verspreid.

De sensorchip van Fraunhofer ISIT is uitgerust met drie sensoren om geleidbaarheid te meten, massastroom en temperatuur. Deze parameters moeten worden bewaakt om het elektrolytische proces te beheersen. De sensorchip levert de gegevens die nodig zijn om de ozonproductie te regelen in lijn met de kwaliteit en de hoeveelheid water die wordt gebruikt. "Om ervoor te zorgen dat er gedurende de vereiste periode voldoende ozon beschikbaar is, de temperatuur moet worden bewaakt, Laske legt uit. "Dit komt omdat ozon sneller afbreekt bij hogere temperaturen." Geleidbaarheid hangt samen met de mate van waterhardheid:hoe harder het water, hoe hoger de geleidbaarheid, wat betekent dat er meer stroom moet vloeien om het gewenste effect te bereiken. Indien uitgerust met een systeem om deze parameters te bewaken, de ozongenerator moet tot 6 liter water per minuut kunnen verwerken - zonder de sensorchip, het is momenteel gespecificeerd voor 0,5 tot 1,5 liter.

CONDIAS brengt de minigenerator op de markt onder de merknaam MIKROZON. "Elke partner heeft jarenlange ervaring ingebracht vanuit zijn eigen vakgebied, " zegt Volker Hollinder, CEO van CONDIAS GmbH. "Hierdoor is een product ontstaan ​​dat nu op industriële schaal kan worden vervaardigd. De verspreiding van het coronavirus heeft het belang van desinfectie onderstreept. Het gebruik van chemische desinfectiemiddelen is vaak problematisch, omdat ze schadelijke resten achterlaten. Ons systeem maakt gebruik van elektrolytisch gegenereerde ozon om ziektekiemen te elimineren. Er komen dus geen residu's van desinfectiemiddelen vrij."