Robert Klatt
Ein neues Entsalzungssystem auf Basis von Solarpaneelen aus schwarzem Metall, die mit einem Laser bearbeitet wurden, kann aus Meerwasser sauberes Trinkwasser und Lithium produzieren.
Rochester (U.S.A.). Laut den Vereinten Nationen (UN) haben aktuell etwa 2,2 Milliarden Menschen keinen sicheren Zugang zu sauberem Trinkwasser. Der Klimawandel, durch den die Grundwasserpegel stark sinken, führt dazu, dass das Problem in den kommenden Jahrzehnten weiter zunimmt. Immer mehr Staaten nutzen deshalb Entsalzungsanlagen, mit denen sie Meerwasser in Trinkwasser umwandeln. Diese Systeme funktionieren aber nur mit einer komplexen Vor- und Nachbehandlung des Wassers, haben einen hohen Energiebedarf und produzieren hoch konzentrierte Salzrückstände, die nicht in das Meer gelangen darf.
Forscher der University of Rochester haben ein neues Entsalzungsverfahren entwickelt, das ohne chemische Zusätze funktioniert und keine umweltschädliche Salzlauge produziert. Das innovative System basiert auf Solarpaneelen aus schwarzem Metall, die mit Femtosekundenlasern bearbeitet wurden.
Die behandelten Solarpaneele ziehen Wasser stark an. Es entsteht dadurch auf der gesamten Oberfläche eine dünne Wasserschicht. Diese Wasserschicht wird mit dem einfallenden Sonnenlicht, das das Material nahezu komplett absorbiert, verdampft. Die bei der Destillation übriggebliebenen Salze und Mineralien werden an den Randbereich der Solarpaneele geleitet, damit diese nicht verstopfen und dauerhaft arbeiten können.
Laut den Wissenschaftlern arbeitet das neue solarthermische Entsalzungssystem somit ähnlich wie andere Entsalzungssysteme, die bereits zuvor im Labor erprobt wurden. Diese wurden aber mit künstlichem Salzwasser, das lediglich aus Wasser und Natriumchlorid besteht, erprobt. Wenn dieses künstliche Salzwasser verdampft, entsteht kristallisiertes Natriumchlorid, das eine körnige und poröse Struktur besitzt und wasserdurchlässig ist. Module mit diesen Rückständen können also leicht gereinigt werden.
Das neue Entsalzungssystem der University of Rochester wurde hingegen mit echtem Meerwasser, das neben Natriumchlorid noch viele andere Mineralien enthält, erprobt. Diese bilden normalerweise eine Schicht, die den Kalkablagerungen an Wasserkochern ähnelt und nicht wasserdurchlässig ist. Die Forscher haben deshalb mit einem Femtosekundenlaser minimal Rillen in das Metall eingefügt. Diese Rillen sorgen dafür, dass die Salze und Mineralien sich selbstständig lösen können und keine Verkrustungen bilden. Das System kann also auch mit Meerwasser betrieben werden, ohne dass es permanent gereinigt werden muss. Wie die Forscher erklären, funktioniert dies durch den sogenannten Kaffee-Ring-Effekt.
„Wenn man Kaffee auf eine Oberfläche tropft, verdunstet das Wasser irgendwann und am äußeren Rand bleibt ein Ring aus konzentrierten Kaffeepartikeln zurück. Genau dieses Prinzip nutzen wir, um die Salze in den passiven Bereich zu transportieren.“
Tests mit realem Meerwasser aus dem Pazifik, Atlantik und Indischen Ozean zeigen, dass sich das Entsalzungssystem selbst reinigt. Es produziert somit sauberes Trinkwasser und leitet die verbleibenden Mineralien in die Außenbereiche der Module, wo diese die Leistung nicht reduzieren.
Das neue Entsalzungssystem kann nicht nur Trinkwasser produzieren, sondern auch weitere Rohstoffe liefern, darunter auch Lithium, ein Material, das unter anderem für die Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos erforderlich ist. Die Wissenschaftler haben dazu Nanopartikel aus Wasserstofftitanat in die Strukturen der Metalloberfläche eingebracht. Diese Nanopartikel können das Lithium von den übrigen Salzen und Mineralien trennen.
„Der Abbau von Lithium aus der Erde hat sich als äußerst energieaufwendig und umweltbelastend erwiesen, daher könnte die direkte Gewinnung von Lithium aus Salzwasser künftig ein sehr wichtiger Weg werden.“
Laut den Wissenschaftlern befindet sich das System noch in einem frühen Stadium. Es wurden bisher Demonstrationssysteme erprobt, deren Technik aber skalierbar sein soll.
Quellen:
Pressemitteilung der University of Rochester
Studie im Fachmagazin Light: Science & Applications, doi: 10.1038/s41377-026-02315-4
Studie im Fachmagazin Journal of Materials Chemistry A, doi: 10.1039/D5TA08968A