Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam arbeitet an einer neuen Methode zur Entsalzung von Meerwasser. Anders als in bisher bekannten Verfahren, kommen die Wissenschaftler im Rahmen ihrer elektrochemisch vermittelte Meerwasserentsalzung“ mit vergleichsweise sehr niedrigen Energiemengen aus. Wie das genau funktioniert präsentierte das Forscherteam jüngst in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie.
Trinkwasser ist ein knappes Gut
Nicht nur in Wüstenregionen ist Wasser ein knappes Gut. Schätzungen der Vereinten Nationen zufolge leben knapp 33 Prozent der gesamten Weltbevölkerung in wasserarmen Regionen. Und bis 2025 soll sich diese Zahl gar verdoppeln! An Salzwasser jedoch herrscht kein Mangel.
Meerwasserentsalzung – naheliegend, aber aufwendig
Aus diesem Grund arbeiten bereits seit Dekaden Wissenschaftler an Lösungen, um Meerwasser zu entsalzen. Aber das ist gar nicht so einfach: Verfahren wie die Verdampfung und anschließende Kondensation des Wassers verbrauchen enorme Energiemengen. Zudem benötigt die so genannte Umkehrosmose (das physikalische Verfahren zur Aufkonzentrierung von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen wie zum Beispiel Salz) teure, empfindliche Membranen, die leicht verkeimen, und aufwendige Vorbehandlungsschritte.
Deutsch-amerikanisches Forscherteam präsentiert Alternative
Wissenschaftler der Universität Austin und der Universität Marburg präsentierten dem Fachpublikum nun eine mögliche Alternative zu diesen teuren und energieintensiven Verfahren. Der mit Unterstützung des US-Energieministeriums entwickelte elektrochemische Ansatz kommt ohne Membranen und mit relativ geringen Energiemengen aus. Die Forscher drücken das Meerwasser durch ein System aus zwei Mikrokanälen von je 22 µm Breite, einem „Hilfskanal“ und einem verzweigten Arbeitskanal, sodass ein Fluss in Richtung der Auslassöffnungen entsteht. Die beiden Kanälchen sind elektrisch über eine bipolare Elektrode verbunden. Der Hilfskanal wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, der Arbeitskanal geerdet und eine Potenzialdifferenz von 3.0 V zwischen den Kanälen eingestellt.
Entscheidend ist der Aufbau des Kanalsystems
Im Aufbau des Kanalsystems liegt der eigentliche Clou der Methode: Die Elektrode ragt in die Verzweigungsstelle des Arbeitskanals. Aufgrund der Spannung wird ein Teil der negativ geladenen Chloridionen des Meerwassers an diesem Ende der Elektrode zu neutralem Chlor oxidiert. In dem feinen Kanalsystem entsteht dadurch an der Stelle der Abzweigung eine Zone, die an negativ geladenen Ionen verarmt ist, und als Folge ein elektrischer Feldgradient, der die positiv geladenen Ionen des Meerwassers in den abzweigenden Kanal dirigiert. Da aus physikalischen Gründen aber die Elektroneutralität innerhalb des Mikrokanals gewahrt bleiben muss, wandern auch die Anionen mit in die Abzweigung. Im abzweigenden Kanälchen entsteht so ein mit Salz angereicherter Strom, während in der Weiterführung des Arbeitskanälchens teilentsalztes Wasser fließt.
Geringer Energieeinsatz und keine Zugabe von Chemiekalien
Die für die neue Technik benötigte Energiemenge ist so gering, dass das System mit einer einfachen Batterie arbeiten kann. Anders als bei der Umkehrosmose sind lediglich Sand und Schmutz aus dem Meerwasser zu entfernen, weitere Vorbehandlungsschritte, eine Desinfektion oder Zugabe von Chemikalien sind nicht erforderlich. Durch einfache Parallelschaltung vieler Mikrokanalsysteme kann der Wasserdurchsatz entsprechend erhöht werden.
(cs mit Informationen von Angewandte Chemie)
Weiterführende Informationen:
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