Elektrochemische Entsalzung ist einfach und braucht kaum Energie

27. Juni 2013, 21:13
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Neue Entsalzungstechnik basiert auf einem Mikrokanalsystem und einer bipolaren Elektrode

Die UNO schätzt, dass bereits ein Drittel der Weltbevölkerung in wasserarmen Gebieten lebt, bis 2025 könnte sich diese Zahl verdoppeln. Damit kommt der Entsalzung von Meerwasser in Zukunft eine noch größere Bedeutung zu als sie ohnehin schon hat. Die heute im großen Stil angewendeten Methoden sind allerdings technisch aufwändig und teuer: die Verdampfung und anschließende Kondensation des Wassers etwa verbrauchen enorme Mengen an Energie, die Umkehrosmose benötigt darüber hinaus kostspielige, empfindliche Membranen, die leicht verkeimen, und aufwendige Vorbehandlungsschritte.

Einen möglichen Ausweg könnten die aktuellen Ergebnisse eines amerikanisch-deutschen Forscherteams darstellen. Anders als bisherige Verfahren ist die neue Methode in ihrem Aufbau verhältnismäßig simpel und verbraucht nur wenig Energie. Die sogenannte "elektrochemisch vermittelte Meerwasserentsalzung" basiert auf einem Mikrokanalsystem und einer bipolaren Elektrode.

Der von Richard M. Crooks von der University of Texas at Austin), Ulrich Tallarek von der Universität Marburg und Kollegen entwickelte Ansatz kommt völlig ohne Membran und hohe Energiemengen aus. Die Forscher drücken das Meerwasser durch ein System aus zwei Mikrokanälen von je 22 Mikrometer 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 3.0 Volt zwischen den Kanälen eingestellt.

Entsalzung im winzigen Kanalsystem

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. (red, derStandard.at, 27.06.2013)

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    Eine Meerwasserentsalzungs-Anlage im israelischen Hadera. Zahlreiche Länder am Mittelmeer und im Nahen Osten beziehen den Großteil ihres Trinkwassers aus dem Meer. Die neue Technik könnte den Energieaufwand für die Entsalzung deutlich reduzieren.

  • Schematische Darstellung der neue Methode zur Entsalzung von Meerwasser. Das Verfahren ist simpel, energiesparend und die zu behandelnde Wassermenge lässt sich durch Parallelschaltung entsprechender Einheiten vergrößern.
    foto: wiley-vch

    Schematische Darstellung der neue Methode zur Entsalzung von Meerwasser. Das Verfahren ist simpel, energiesparend und die zu behandelnde Wassermenge lässt sich durch Parallelschaltung entsprechender Einheiten vergrößern.

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