25.07.2019 - Monash University

Wasser ohne ein Körnchen Salz

Forscher der Monash University haben eine Technologie entwickelt, die Tausende von Gemeinden weltweit mit sauberem Wasser versorgen kann

Schätzungsweise 844 Millionen Menschen haben keinen Zugang zu sauberem Wasser, während jede Minute ein Neugeborenes an einer Infektion stirbt, die durch den Mangel an sauberem Wasser und einer unreinen Umwelt verursacht wird.

Meerwasserentsalzung und Abwasserrecycling sind zwei Möglichkeiten, das Problem der Wasserknappheit zu lösen, aber herkömmliche Ansätze sind energieintensiv und basieren auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Tatsächlich verbraucht die Wasseraufbereitung etwa 3 Prozent der weltweiten Energieversorgung.

Forscher der Monash University haben eine energiepassiv arbeitende Technologie entwickelt, die in der Lage ist, Tausende von Gemeinden mit sauberem, trinkbarem Wasser zu versorgen, indem sie einfach photothermische Materialien und die Kraft der Sonne nutzen.

Unter der Leitung von Professor Xiwang Zhang vom Department of Chemical Engineering der Monash University haben die Forscher ein robustes solares Dampferzeugungssystem entwickelt, das eine effiziente und kontinuierliche Produktion von sauberem Wasser aus salzigem Wasser mit einer Salzentfernung von fast 100 Prozent erreicht.

Durch die präzise Steuerung der Salzkristallisation nur am Rand der Verdampferscheibe kann diese neuartige Konstruktion auch die Salze ernten.

Die Machbarkeit und Langlebigkeit des Designs wurde mit Meerwasser aus der Lacepede Bay in Südaustralien bestätigt. Diese Technologie ist eine vielversprechende Lösung gegen Wasserknappheit in regionalen Gebieten, in denen kein Netzstrom verfügbar ist.

Die Ergebnisse wurden in der internationalen Zeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlicht.

"Die Wassersicherheit ist die größte Herausforderung, vor der die Welt im 21. Jahrhundert steht, vor allem, wenn die Bevölkerung wächst und die Auswirkungen des Klimawandels Gestalt annehmen. Die sich entwickelnden und unterbesetzten Gemeinschaften spüren die Auswirkungen dieser Faktoren am stärksten", sagte Professor Zhang.

"Die Nutzung von Solarenergie für die Wasseraufbereitung gilt weithin als eine der nachhaltigen Lösungen, um die Knappheit von sauberem Wasser in einigen Gemeinden zu bekämpfen, ohne unsere Umwelt oder Ressourcen zu beeinträchtigen.

"Trotz der erheblichen Fortschritte in der Materialentwicklung wurde der Verdampfungsprozess durch die Konzentration von Salz an der Oberfläche behindert, was die Qualität des produzierten Wassers beeinträchtigt."

Forscher schufen eine Scheibe aus superhydrophilem Filterpapier mit einer Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen zur Lichtabsorption. Ein Baumwollfaden mit einem Durchmesser von 1 mm diente als Wassertransportkanal und pumpte salzhaltiges Wasser zur Verdunstungsscheibe.

Das Salzwasser wird vom Baumwollfaden aus der Bulklösung in die Mitte der Verdampfungsscheibe getragen. Das Filterpapier fängt das reine Wasser auf und drückt das restliche Salz an die Ränder der Scheibe.

Die Lichtabsorption wurde über das gesamte Sonnenspektrum zu 94 Prozent gemessen. Die Scheibe zeigte auch einen schnellen Temperaturanstieg, wenn sie sowohl im trockenen als auch im nassen Zustand Licht ausgesetzt war, und stieg innerhalb einer Minute von 25C auf 50C bzw. 17,5C auf 30C.

Diese Technologie hat auch in anderen Bereichen ein großes Potenzial, wie z.B. der Null-Flüssigkeitsabführung von Industrieabwässern, der Schlammentwässerung, dem Management von Bergbauabfällen und der Ressourcengewinnung. Zukünftige Studien werden sich mit Unterstützung der Industrie mit der Erweiterung der Technologie auf diese Anwendungen befassen.

"Unsere Studienergebnisse gehen einen Schritt weiter in Richtung der praktischen Anwendung der solaren Dampferzeugungstechnologie und zeigen ein großes Potenzial bei der Meerwasserentsalzung, der Ressourcenrückgewinnung aus Abwasser und der Null-Flüssigkeitsabgabe", sagte Professor Zhang.

"Wir hoffen, dass diese Forschung der Ausgangspunkt für weitere Forschungen über energiepassivere Wege sein kann, um Millionen von Menschen mit sauberem und sicherem Wasser zu versorgen, die Umweltauswirkungen von Abfällen zu beleuchten und Ressourcen aus Abfällen zu gewinnen."

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