Mehr Trinkwasser durch neue Nano-Hotspots

Houston (pte001/21.06.2019/06:00) - Forscher der Rice University http://rice.edu haben eine neue, besonders leistungsfähige Entsalzungsanlage entwickelt, die ihre Energie aus der Sonne bezieht. Es handelt sich um eine Fortentwicklung der sogenannten Membrandestillation. Bei diesem Verfahren trennt eine nur für Dampf, nicht jedoch für Wasser durchlässige Membran von der Sonne erwärmtes Salzwasser von kühlem Frischwasser. Der Dampf passiert die Sperre aufgrund des Druckunterschieds und kondensiert zu sauberem Trinkwasser.

Nanopartikel statt Konzentratorlinsen

Die von den Fachleuten eingesetzten Membranen sind aus einem wasserabweisenden Kunststoff gefertigt und haben einen Porendurchmesser von 0,1 bis 0,5 Mikrometern. Um die Ausbeute zu verbessern, lässt sich die Sonneneinstrahlung durch Konzentratorlinsen erhöhen. Das Salzwasser wärmt sich schneller auf, sodass mehr Dampf die Membran passiert. Das Team um Alessandro Alabastri, Assistenzprofessor am Institut für Elektrotechnik und Computerwissenschaften, Pratiksha Dongare, die ihr Studium abgeschlossen hat, und Oara Neumann, entschied sich für einen anderen Weg, um mehr solare Wärme einzufangen.

Die Experten haben Nanopartikel entwickelt, die so designt sind, dass sie Wärme einfangen, wenn sie von den infraroten Strahlen der Sonne getroffen werden. Diese klebten sie auf die Seite der Membran, die der Salzwasserseite zugewandt ist. Diese Hotspots, die einen Wirkungsgrad von 80 Prozent haben, geben ihre Energie an das umliegende Wasser ab, das sich dadurch schneller erhitzt. Die Partikel lassen sich kostengünstig herstellen und auf die Membran kleben.

Schnelle Hilfe für Dritte-Welt-Länder

Physikalisch gesehen, haben die Forscher aus einem linearen einen nicht linearen Prozess gemacht. Die schnellere Erwärmung sorgt für eine überproportional stärker ansteigende Druckdifferenz, die den Transport von Dampfmolekülen durch die Membran beschleunigt. Es habe sich herausgestellt, dass Hotspots wirkungsvoller sind als flächige Wärmeabsorber.

Das Verfahren lässt sich möglicherweise auch auf andere Solartechniken übertragen, etwa die fotokatalytische Wasserspaltung, bei der Wasserstoff entsteht. Millionen Menschen, vor allem in der Dritten Welt, haben nur eingeschränkten Zugang zu sauberem Trinkwasser, außerdem keinen oder kaum Strom. Die Rice-Forscher wollen ihre Verfahren jetzt massentauglich machen, sodass es in diesen Regionen als Trinkwasserspender eingesetzt werden kann.

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