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Forschung

Batterie entsalzt Meerwasser

| Redakteur: Stéphane Itasse

Schon heute ist Trinkwasser mancherorts Mangelware. Meerwasser hingegen steht in riesigen Mengen zur Verfügung. Seine Aufbereitung verschlingt allerdings sehr viel Energie. Chemiker der Ruhr-Universität Bochum (RUB) entwickeln ein neues Verfahren, das mehr Energieeffizienz verspricht.

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Chemiker der Ruhr-Universität Bochum wollen mittels einer Batterie dem Meerwasser das Salz entziehen.
Chemiker der Ruhr-Universität Bochum wollen mittels einer Batterie dem Meerwasser das Salz entziehen.
(Bild: RUB)

„Um einen Kubikmeter Meerwasser zu entsalzen, braucht man in jedem Fall mindestens 0,6 bis 0,7 kWh Energie“, sagt Dr. Fabio La Mantia, Leiter der Nachwuchsgruppe „Semiconductor and Energy Conversion“ am Zentrum für Elektrochemie der RUB. „Aktuell werden aber mit dem gängigen Verfahren der Umkehrosmose rund 4 kWh verbraucht.“

Entsalzung mit Batterieprinzip statt Umkehrosmose

Die Hälfte davon fließt schon vor der eigentlichen Entsalzung in die Reinigung des Meerwassers – Biomasse und Bakterien müssen entfernt werden, weil sie sonst die Anlagen beschädigen können. Die andere Hälfte der Energie wird vor allem für Pumpen benötigt. Sie pressen das Meerwasser mit hohem Druck durch eine teils durchlässige (semipermeable) Membran. Diese wirkt wie ein Filter und lässt nur bestimmte Ionen und Moleküle durch. Salz bleibt dabei außen vor.

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La Mantia und seine Kollegen haben nun ein ganz neues Verfahren zur Meerwasserentsalzung getestet, das ohne Membranen und möglicherweise auch ohne vorherige Reinigung des Wassers auskommt. Sie arbeiten mit dem Batterieprinzip.

Das Salzwasser wird in einer Art Batteriezelle in Kontakt mit zwei Elektroden gebracht (Bild 1). Die eine enthält Silbermikropartikel, die andere Natrium-Mangan-Oxid-Nanostäbchen. Beim Anlegen einer Spannung zieht die Silberelektrode negativ geladene Chlorid-Ionen an und „fängt“ sie aus dem Wasser heraus, indem sie sie chemisch bindet, die andere Elektrode positiv geladene Natrium-Ionen (Bild 2). Das Salzwasser wird dadurch ärmer an Kochsalz (Natrium-Chlorid, NaCl).

Neues Entsalzungsverfahren im Labormaßstab erfolgreich

Nach diesem Verfahrensschritt wird das nun salzärmere Wasser aus der Zelle entnommen und diese wieder mit Meerwasser gefüllt. Bei umgekehrter Spannung geben die Elektroden die Chlorid- und die Natrium-Ionen wieder an das Wasser ab.

Bei diesem Vorgang wird sogar in geringem Maße Energie frei. Das Meerwasser, nun mit höherem Salzgehalt, wird abgelassen, die Zelle ist für einen neuen Durchgang zur Entsalzung bereit.

Auf diese Weise konnten die Forscher im Labormaßstab erste Erfolge verzeichnen: Ihre Batteriezelle, die 0,2 ml Salzwasser fasst und über 2 cm² Elektrodenfläche verfügt (Bild 3), konnte binnen einer Stunde den Salzgehalt des Wassers um etwa die Hälfte senken (Bild 4). „Hochgerechnet heißt das, dass wir 1 l Wasser pro Quadratmeter und Stunde in diesem Maß entsalzen können“, rechnet Dr. La Mantia vor.

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