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Elektrochemische Meerwasserentsalzung Trinkwasser aus dem Meer

| Redakteur: Tobias Hüser

Ein amerikanisch-deutsches Forscherteam hat eine neue Methode zur Entsalzung von Meerwasser vorgestellt. Anders als herkömmliche Verfahren soll die elektrochemisch vermittelte Meerwasserentsalzung weniger Energie schlucken. Der neue Reinigungsprozess führt das Meerwasser durch ein Mikrokanalsystem, das mit einer bipolaren Elektrode verbunden ist.

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Mit einer einfachen Spannungsquelle wurde eine Potentialdifferenz von 3.0 V an eine mikroelektrochemische Zelle angelegt, die aus zwei Mikrokanälen verbunden durch eine bipolare Elektrode (BPE) besteht, um Chloridoxidation und Wasserelektrolyse an den BPE-Polen auszulösen. Die entstehende Ionenverarmungszone und der damit verbundene elektrische Feldgradient dirigieren die Ionen in einen abzweigenden Kanal, wobei man entsalztes Wasser erhält. Gnd=Erdung.
Mit einer einfachen Spannungsquelle wurde eine Potentialdifferenz von 3.0 V an eine mikroelektrochemische Zelle angelegt, die aus zwei Mikrokanälen verbunden durch eine bipolare Elektrode (BPE) besteht, um Chloridoxidation und Wasserelektrolyse an den BPE-Polen auszulösen. Die entstehende Ionenverarmungszone und der damit verbundene elektrische Feldgradient dirigieren die Ionen in einen abzweigenden Kanal, wobei man entsalztes Wasser erhält. Gnd=Erdung.
(Bild: Wiley-VCH)

Marburg, Austin/USA – Die Vereinten Nationen schätzen, dass bereits ein Drittel der Weltbevölkerung in wasserarmen Gegenden lebt, bis 2025 soll sich diese Zahl verdoppeln. An Salzwasser herrscht dagegen kein Mangel. Eine naheliegende Lösung ist daher, Meerwasser zu entsalzen. Allerdings ist das gar nicht so einfach. Verfahren wie die Verdampfung und anschließende Kondensation des Wassers verbrauchen enorme Mengen an Energie. Die Umkehrosmose benötigt darüber hinaus teure, empfindliche Membranen, die leicht verkeimen, und aufwendige Vorbehandlungsschritte.

Der von Richard M. Crooks (University of Texas at Austin), Ulrich Tallarek (Universität Marburg) und ihren Kollegen mit Unterstützung des US-Energieministeriums entwickelte elektrochemische Ansatz kommt dagegen ohne Membran und hohe Energiemengen aus. Die Forscher drücken das Meerwasser durch ein System aus zwei Mikrokanälen von je 22 µm Breite, einem „Hilfskanal“ und einem verzweigten Arbeitskanal, sodass ein Fluss in Richtung der Auslassöffnungen entsteht. Die beiden Kanälchen sind elektrisch über eine bipolare Elektrode verbunden. Der Hilfskanal wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, der Arbeitskanal geerdet und eine Potentialdifferenz von 3 V zwischen den Kanälen eingestellt.

Entscheidend ist der Aufbau des Kanalsystems: Die Elektrode ragt in die Verzweigungsstelle des Arbeitskanals. Aufgrund der Spannung wird ein Teil der negativ geladenen Chloridionen des Meerwassers an diesem Ende der Elektrode zu neutralem Chlor oxidiert. In dem feinen Kanalsystem entsteht dadurch an der Stelle der Abzweigung eine Zone, die an negativ geladenen Ionen verarmt ist, und als Folge ein elektrischer Feldgradient, der die positiv geladenen Ionen des Meerwassers in den abzweigenden Kanal dirigiert.

Da aus physikalischen Gründen aber die Elektroneutralität innerhalb des Mikrokanals gewahrt bleiben muss, wandern auch die Anionen mit in die Abzweigung. Im abzweigenden Kanälchen entsteht so ein mit Salz angereicherter Strom, während in der Weiterführung des Arbeitskanälchens teilentsalztes Wasser fließt.

Die für die neue Technik benötigte Energiemenge ist so gering, dass das System mit einer einfachen Batterie arbeiten kann. Anders als bei der Umkehrosmose sind lediglich Sand und Schmutz aus dem Meerwasser zu entfernen, weitere Vorbehandlungsschritte, eine Desinfektion oder Zugabe von Chemikalien sind nicht erforderlich. Durch einfache Parallelschaltung vieler Mikrokanalsysteme kann der Wasserdurchsatz entsprechend erhöht werden.

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