Meerwasser mit Sonnenlicht entsalzen

Küstenstaaten, die unter Trockenheit leiden, wie etwa Israel, setzen verstärkt auf die Entsalzung von Meerwasser. Die herkömmlichen, großen Anlagen benötigen allerdings viel Energie, um dem Wasser das Salz zu entziehen. Wissenschaftler schlagen nun vor, Sonnenlicht direkt für die Entsalzung zu nutzen. In der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ präsentieren sie ein nanoporöses Material aus Aluminium, das im Labor eine hohe Effizienz zeigte und zu kleinen und sehr günstigen Entsalzungsanlagen führen könnte.

Ansicht von Materialien mit poröser Struktur.
Poröse Nanostrukturen

„Im Unterschied zu anderen Entsalzungsmethoden ist unser Modul klein, tragbar und für die persönliche Versorgung mit Wasser geeignet“, sagt Jia Zhu von der Nanjing University in China. Zusammen mit seinen Kollegen behandelte er eine dünne Aluminiumfolie mit Phosphorsäure. Dabei entstand eine stark poröse Schicht mit Öffnungen, die kleiner als ein Drittel Mikrometer waren. Auf diese Schicht deponierten sie Nanopartikel aus Aluminium, die an ihrer Oberfläche ebenfalls zu Aluminiumoxid oxidierten.

Dieses schwarze Material war so leicht, dass es mühelos auf Salzwasser schwimmen konnte. Es absorbierte eingestrahltes Sonnenlicht sehr effizient und erreichte einen hohen Absorptionsgrad von mehr als 96 Prozent des Sonnenspektrums. Lokal heizte es sich schnell auf 80 bis knapp 100 Grad Celsius auf und steigerte die Verdunstungsrate des Wassers. Der Dampf konnte in einer kleinen Kammer kondensieren, trinkbares Wasser mit einem sehr geringen Salzgehalt tropfte in ein Reservoir. Verantwortlich für die effiziente Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme machten die Forscher sogenannte Plasmonen, die an den Nanoteilchen in der porösen Aluminiumschicht bei einfallendem Sonnenlicht entstanden.

Prozess der Verdunstung durch Sonneneinstrahlung dargestellt.
Meerwasserentsalzung

Erste Versuche mit handlich kleinen Entsalzungsanlagen verliefen erfolgreich. So verdunsteten unter vierfach konzentriertem Sonnenlicht stündlich knapp sechs Liter Wasser pro Quadratmeter. Zum Vergleich: Ganz ohne die porösen Aluminiumschichten verdunstete weniger als die Hälfte des Wassers. In ihren Versuchen verwendeten die Forscher Wasserproben mit unterschiedlichen Salzanteilen zwischen einem und zehn Prozent, entsprechend des Salzgehalts der Ostsee oder des Toten Meers. Das verdunstete und danach wieder kondensierte Wasser zeigte in allen Fällen sehr geringe Salzanteile und war als Trinkwasser geeignet.

Aufbauend auf diese Versuche könnten nun kleine mobile Entsalzungsmodule entwickelt werden, die mit den nanoporösen Aluminiumschichten für eine dezentrale Trinkwasserversorgung genutzt werden könnten. Allerdings funktionierten die Module nur etwa 25 Verdunstungszyklen. Doch soll die Langlebigkeit der Schichten in Zukunft gesteigert werden. Da die eingesetzten Materialien günstig verfügbar sind, können sich die Forscher dann einen breiten Einsatz ihrer Entsalzungsmethode für den privaten Gebrauch vorstellen.