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Elektrochemisch vermittelte Meerwasserentsalzung in mikrofluidischen Systemen
Weinheim (idw) - Eine neue Methode zur Entsalzung von Meerwasser wird von einem amerikanisch-deutschen Team
in der Zeitschrift Angewandte Chemie vorgestellt. Anders als herkömmliche Verfahren schluckt diese Methode
wenig Energie und ist sehr einfach. Diese „elektrochemisch vermittelte Meerwasserentsalzung“ basiert auf einem
Mikrokanalsystem und einer bipolaren Elektrode.
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 3.0 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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