Elektrodialyse-Verfahren

Sauberes Trinkwasser dank Membran mit Nanopartikeln

Robert Klatt

Trinkwasser ist in vielen Regionen der Erde knapp. Eine neue Membran mit Nanopartikeln erleichtert die Gewinnung von sauberem Wasser aus dem Meer.

Berkeley (U.S.A.). Der Klimawandel und das Bevölkerungswachstum sind in vielen Regionen der Erde große Herausforderungen für die Trinkwasserversorgung. Auch in gemäßigten Regionen wie Deutschland sorgen sinkende Niederschlagsmengen und höhere Temperaturen für leere Grundwasserspeicher. Die Forschung sucht deshalb nach alternativen Methoden wie der Trinkwassergewinnung aus der Atmosphäre, die das Entsalzen von Meerwasser in den kommenden Jahren ergänzen könnten.  

Wissenschaftler der University of California in Berkeley (UC Berkeley) haben nun eine neue Membran entwickelt, die die Trinkwassergewinnung aus Meerwasser vereinfacht. Bisher wird dazu das Meerwasser erst entsalzt und anschließend in mehreren Schritten von Schwermetallen und anderen Schadstoffen befreit. Dieser Prozess ist sehr aufwendig und kostenintensiv.

Membran mit eingelagerten Nanoteilchen

Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Science filtert die neue Membran dank ihrer eingelagerten Nanoteilchen giftige Inhaltsstoffe aber auch nutzbare Rohstoffe wie Eisen, Gold und Kupfer aus dem Meerwasser. Genutzt wird dazu das elektrochemische Verfahren der Elektrodialyse, bei dem eine halbdurchlässige Membran mithilfe eines elektrischen Spannungsunterschieds das Kochsalz selektiv aus dem Wasser filtert. Diese Membran ergänzte das Team um Adam Uliana um spezielle Nanoteilchen, die in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und Struktur unterschiedlich auf giftige Substanzen reagieren.

Schwefelverbindungen entfernen Quecksilberatome

Als Beispiel für die eingesetzte Nanopartikel nennt Uliana Schwefelverbindungen, die Quecksilberatome gut aus dem Meerwasser filtern. Andere Nanoteilchen konnten in Experimenten Borsäure, eine für Pflanzen giftige Substanz, aus dem Meerwasser entfernen.

Die Experimente belegen überdies eine hohe Effizienz der neuen Membran, die bis zu zehnmal wiederverwendet werden können. Ein Kilogramm des Materials reicht aus, um etwa 35.000 Liter belastetes Wasser von Schadstoffe zu befreien.

Derzeit können die Nanopartikel Schwermetalle und Bor aus dem Wasser filtern. „Wir planen neue Materialien und Methoden zu entwickeln, um auch andere problematische Substanzen aus dem Wasser entfernen zu können“, erklärt Uliana. Sollte dies gelingen, könnte das flexible und günstige Elektrodialyse-Verfahren in Zukunft Wasser gleichzeitig und Salz und Giften befreien und damit in vielen Regionen der Erde die Trinkwasserversorgung deutlich verbessern.

Science: 10.1126/science.abf5991

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