Meereswasserfiltration - die Zukunft im Kampf gegen Trinkwasserknappheit?

21.06.2023

Meerwasser bedeckt mehr als 70 % der Erdoberfläche und macht mehr als 95 % der Wasservorräte der Erde aus. Es ist nicht trinkbar, so dass fast 790 Millionen Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben. Wissenschaftler auf der ganzen Welt suchen nach einer effektiven Möglichkeit, Meerwasser schnell und kostengünstig zu entsalzen. Nanofaserfilter sind ein vielversprechendes Mittel.

Wasserknappheit aufgrund des Klimawandels

Süßwasser, das für die meisten menschlichen Aktivitäten benötigt wird, macht nur 2,5 % der gesamten Wassermenge auf der Erde aus. Die sich ändernden klimatischen Bedingungen führen zu weniger Niederschlägen und zur Austrocknung von Flüssen, was einige Länder dazu zwingt, zum ersten Mal in der Geschichte einen Wassernotstand auszurufen.

Es überrascht nicht, dass die Entsalzung von Meerwasser der einfachste Weg zu sein scheint, dieses Problem zu lösen. Einzigartige Nanofaserfilter helfen dabei, aber auch sie haben ihre Grenzen. Eine davon ist die unerwünschte Benetzung der Membranen.

Eine einzigartige Filter‑Entsalzungsmethode mit einem Wirkungsgrad von 99,99 %!

Das Verfahren zur Destillation von Salzwasser mithilfe einer Nanofasermembran wurde erstmals von einem koreanischen Forscherteam vorgestellt. Die neue Entsalzungstechnik ist schnell und benötigt nur wenige Minuten, um das Wasser zu reinigen und es trinkbar zu machen. Darüber hinaus bietet der Filter einen Wirkungsgrad von unglaublichen 99,99 %!

Ingenieure glauben, dass die Kommerzialisierung dieser Technologie der Menschheit helfen wird, den Mangel an frischem Trinkwasser in Zukunft zu bewältigen. Eines der größten Probleme des Nanofaserfilters ist die Benetzung der Membran. Dies führt zur Verunreinigung des Produkts und zu einer Verringerung der Membranleistung.

Wenn die Membran während der Destillation benetzt wird, muss sie sofort ausgetauscht werden.

Die 3D‑Membranstruktur und der Verdunstungsprozess entsalzen das Wasser!

Die Filtermembran hat eine 3D‑Struktur, die durch das elektrostatische Spinnverfahren erreicht wurde. Mit dieser Technologie sind die Wissenschaftler in der Lage, eine hydrophobe, d. h. wasserabweisende, Membran herzustellen, was ein wichtiger Schritt bei der Meerwasserfiltration ist.

Die hydrophobe Membran ist so konzipiert, dass sie den Durchgang von Wassermolekülen verhindert. Stattdessen wird auf beiden Seiten der Membran ein sogenannter Temperaturunterschied erzeugt, der dazu führt, dass das Wasser auf einer Seite verdunstet. Die Membran lässt den Wasserdampf durch, der auf der kühleren Seite kondensiert. Dies wird als Membrandestillation bezeichnet. Die Salzpartikel gehen jedoch nicht in den gasförmigen Zustand über. Sie werden auf der Einlassseite der Membran aufgefangen und verbleiben dort. Das Ergebnis ist reines und trinkbares Süßwasser.

Die koreanischen Wissenschaftler tragen ein Silicat‑Aerogel auf die Nanofasermembran auf. Dadurch wird der Wasserdampfdurchgang verbessert und das entsalzte Wasser schneller verfügbar gemacht. Das Team testete seine Technologie 30 Tage lang im Dauerbetrieb und stellte fest, dass die Membran 99,99 % des Salzes ohne jedwede Benetzungsprobleme herausfilterte.

Ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Destillationsanlagen!

Im renommierten Journal of Membrane Science erschien eine Studie über einen verbesserten Filter, der einen Monat lang im Dauerbetrieb Meerwasser entsalzen kann. Dr. Yunchul Woo sagte dazu: „Die Nanofasermembran hat das Potenzial, Meerwasser zu filtern, ohne dass es zu einer Benetzung kommt. Wir arbeiten daran, sie für die kommerzielle Nutzung, insbesondere in den Ländern der Dritten Welt, geeignet zu machen. Sie hat sich in einer Pilotstudie bewährt, und das Wissenschaftlerteam arbeitet unermüdlich an der Möglichkeit, sie in industriellem Maßstab herzustellen.“

Derzeit ist die Umkehrosmose die wichtigste Methode zur Reinigung von Meerwasser, und zwar in etwa 20 000 Entsalzungsanlagen auf der ganzen Welt. Für den Betrieb dieser Anlagen werden jedoch große Mengen an Strom benötigt. Außerdem erzeugen sie als Abfallprodukt die sog. konzentrierte Sole, die meist wieder ins Meer geleitet wird.

Was bringt die Zukunft?

Wissenschaftliche Teams auf der ganzen Welt versuchen nun, die Zusammensetzung der Nanofasermembran so zu verändern, dass sie länger als einen Monat ununterbrochen (und ohne Risiko) arbeiten kann.

Die hydrophobe Beschaffenheit des Filters verzögert das Risiko der Benetzung, aber es besteht dennoch. Die Entwicklung einer Membran, die einer unerwünschten Benetzung widersteht, hat jetzt die oberste Priorität.

Vor kurzem haben die Forscher auch eine neue Technologie zur Herstellung von Wasser aus Luft vorgestellt. Ob sich diese neuen Methoden durchsetzen werden, bleibt abzuwarten.

Verwendete Quellen: