Mit der Sonne das Meerwasser entsalzen

Der Großteil des weltweiten Wasservorkommens ist in Ozeanen gebunden und zu salzig, um direkt als Trinkwasser genutzt zu werden. Um Meerwasser trinkbar zu machen, kommen bisher energieintensive Entsalzungsanlagen zum Einsatz. Forschende haben nun ein neuartiges, schwammartiges Material entwickelt. Es nutzt Sonnenlicht sowie eine einfache Kunststoffabdeckung, um Salzwasser in Süßwasser zu verwandeln. In einem ersten Praxistest unter freiem Himmel konnte das System erfolgreich Trinkwasser aus Meerwasser gewinnen.

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Schon früher haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Materialien entwickelt, die mit Hilfe von Sonnenlicht Wasser reinigen oder entsalzen. Beispielsweise testete man ein Hydrogel, das von Luffa inspiriert ist und Polymere in seinen Poren enthält, an chrombelastetem Wasser. Wurde das Hydrogel durch Sonnenstrahlen erhitzt, verdampfte es rasch Wasser, das als sauberer Dampf aufgefangen werden konnte. Hydrogele sind weich, während sogenannte Aerogele eine festere Struktur besitzen und mit festen Poren ausgestattet sind. Diese Poren können sowohl flüssiges Wasser als auch Wasserdampf transportieren. Allerdings zeigte sich bei bisherigen Aerogelen, dass ihre Verdunstungsleistung mit zunehmender Größe nachlässt. Dieses Problem wollten Xi Shen, Professor an der Hong Kong Polytechnic University, und sein Team mit einem neuen Ansatz bei der Meerwasserentsalzung lösen.

Meerwasser entsalzen durch innovative Materialien

Die Forschenden entwickelten eine spezielle Paste aus Kohlenstoffnanoröhren und Zellulose-Nanofasern. Ein 3D-Drucker trug diese Paste schichtweise auf eine gefrorene Oberfläche auf. So entstand ein schwammartiges Material mit winzigen, vertikal verlaufenden Löchern von jeweils etwa 20 Mikrometern Breite. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler testeten das Material in quadratischen Stücken mit Größen von 1 bis 8 Zentimetern. Das Ergebnis: Größere Stücke arbeiten beim Entsalzen von Meerwasser genauso effizient wie kleinere – ein entscheidender Fortschritt gegenüber bisherigen Aerogelen.

In einem weiteren Test platzierten die Forschenden das neu entwickelte Material in einem Becher mit Meerwasser und deckten es mit einer gewölbten, transparenten Kunststoffabdeckung ab. Das Sonnenlicht erwärmte die Oberseite des Materials und das Wasser verdampfte, während das Salz dagegen. zurückblieb. Der entstandene Wasserdampf kondensierte an der Innenseite der Kunststoffabdeckung und floss als sauberes Wasser an den Rand, von wo es in einen Trichter und schließlich in einen Auffangbehälter tropfte. Nach sechs Stunden unter Sonnenlicht konnte das System etwa drei Esslöffel Trinkwasser aus dem Meerwasser gewinnen.

Meerwasser entsalzen: Effizienz und Skalierbarkeit im Fokus

Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die gleichbleibende Effizienz des Materials beim Entsalzen von Meerwasser. Während bisherige Aerogele bei zunehmender Größe an Leistungsfähigkeit verloren, bleibt das neue Material auch bei größeren Flächen effektiv. „Unser Aerogel ermöglicht eine vollständige Entsalzung in jeder Größe“, erklärt Xi Shen. Das eröffnet die Möglichkeit, das Verfahren flexibel an unterschiedliche Anforderungen und Standorte anzupassen. Das System benötigt keine externe Energiequelle außer Sonnenlicht.

Die Entwicklung des Materials basiert auf der Kombination von Kohlenstoffnanoröhren mit Zellulose-Nanofasern. Dies ermöglicht die Bildung der gleichmäßig verteilten, winzigen Poren. So kann das Sonnenlicht optimal genutzt und die Verdunstung des Wassers effizient gesteuert werden. Die einfache Konstruktion mit einer Kunststoffabdeckung trägt dazu bei, dass der Prozess unkompliziert und kostengünstig durchgeführt werden kann.

Meerwasser entsalzen: Unterstützung und Ausblick

Das neuartige Aerogel stellt eine vielversprechende Lösung für die Meerwasserentsalzung dar. Es zeichnet sich durch seine Skalierbarkeit und Energieeffizienz aus. Perspektivisch kann die Wasserversorgung weltweit damit nachhaltiger und unabhängiger von energieintensiven Technologien werden. Die Kombination aus schwammartigem Material, Sonnenenergie und einfacher Technik macht das System besonders attraktiv für den Einsatz in sonnenreichen und zugleich wasserarmen Regionen. Die Forschenden hoffen, dass ihre Entwicklung dazu beiträgt, den Zugang zu sauberem Trinkwasser weltweit zu verbessern.

Dieses Forschungsprojekt wurde finanziell unterstützt von der National Natural Science Foundation of China, dem Research Grants Council der Sonderverwaltungszone Hongkong, dem Environment and Conservation Fund der Sonderverwaltungszone Hongkong sowie der Hong Kong Polytechnic University. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden in den ACS Energy Letters der American Chemical Society veröffentlicht.