Die Grafik zeigt ein Rohr aus einer wabendförmigen Strukur.

Sauberes Wasser durch Mini-Kohlenstoffröhrchen

Ein internationales Forscherteam um Ming Ma von der Tsinghua Universität in Beijing hat jetzt in Computersimulationen untersucht, wie sich Wasser mithilfe von Kohlenstoffnanoröhrchen – winzigen, hohlen Strukturen aus Kohlenstoffatomen – effizient filtern lässt. Ihre Ergebnisse haben sie in der Zeitschrift „Nature Nanotechnology“ veröffentlicht.

Illustration mit Kugeln in einem schlauchartigen Gitternetz.
Kohlenstoffnanoröhrchen

Um Wasser durch Kohlenstoffnanoröhrchen zu pressen, muss hoher Druck aufgewendet werden. Dann fließt die Flüssigkeit aber mit geringen Reibungseffekten durch die Membran, die aus den parallel angeordneten winzigen Kanälen besteht. Die Simulationen zeigen, dass thermische Anregungen der Atome in den Nanoröhrchen, sogenannte Phononen, die Strömungsgeschwindigkeit des durchfließenden Wassers sogar noch steigern können.

Laut den Wissenschaftlern reduzieren die angeregten Zustände die Reibung zwischen dem fließenden Wasser und der Oberfläche der Nanoröhrchen, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. „Das ist schon überraschend – und auch ganz hübsch“, sagt Roland Netz von der Freien Universität Berlin zu Welt der Physik. Er ist Autor eines begleitenden Artikels über die Studie. Das Forscherteam um Ma erklärt das ungewöhnliche Phänomen durch gekoppelte Schwingungen, die Kräfte von den thermisch angeregten Kohlenstoffatomen auf die Moleküle der durchströmenden Flüssigkeit übertragen.

Nanoröhrchen haben einen derart geringen Durchmesser, dass das mit Druck hindurch gepresste Wasser nur als geordnete Molekülreihe fließen kann. Sobald es durch die engen Kohlenstoffkanäle strömt, ließen sich Schadstoffe, Viren und Salzionen auf diese Weise abspalten, so Netz. Mit den neuen Erkenntnissen wollen die Forscher die Kohlenstoffröhrchen optimieren – und so zu verbesserten Techniken der Wasserreinigung und Entsalzung von Meerwasser beitragen.