Meerwasser zum Trinken

Die Vereinten Nationen schätzen, dass ein Drittel der Weltbevölkerung in Regionen lebt, in denen Mangel an Trinkwasser herrscht; dieser Anteil wird sich bis zum Jahr 2025 voraussichtlich verdoppeln.

Salzwasser gibt es hingegen in Hülle und Fülle, es macht 97 Prozent der Wassermenge auf unserem Planeten aus. Dass Meerwasser ungenießbar ist, liegt an einfachem Kochsalz, wie man es im Supermarkt kaufen kann. Es besteht aus positiv geladenen Teilchen, den Natrium-Ionen, und negativ geladenen Teilchen, den Chlorid-Ionen.

Was läge näher, als das Trinkwasserproblem zu lösen, indem man Meerwasser entsalzt? „Dagegen spricht, dass Verfahren wie die Verdampfung und anschließende Kondensation des Wassers immense Energiemengen verbrauchen“, erläutert Tallarek. Dasselbe gilt für die so genannte Umkehrosmose: Hierbei pressen leistungsfähige Pumpen das Meerwasser mit hohem Druck durch feine Membranen, die das Salz zurückhalten und nur das reine Wasser hindurchlassen.

Tallareks Team und die Arbeitsgruppe von Professor Dr. Richard M. Crooks an der University of Texas at Austin nutzen für ihren Ansatz die elektrolytischen Eigenschaften von Meerwasser aus. Das Salzwasser strömt hierbei durch verzweigte Mikrokanäle. Wo diese sich gabeln, befindet sich eine Elektrode. Dort wird ein sehr kleiner Teil der Chlorid-Ionen des Meerwassers zu Chlor oxidiert. „Es bildet sich lokal eine Zone, die an Ionen verarmt ist“, erläutert Tallarek. „Dadurch entsteht ein elektrischer Feldgradient, durch den elektrisch geladene Teilchen – seien es einfache Ionen oder organische Materie – an der Kanalverzweigung abgelenkt werden.“

Während sich in der Abzweigung Salz anreichert, fließt im anderen Kanalarm teilentsalztes Wasser. Tallareks Arbeitsgruppe führte numerische Simulationen durch, die zeigen, wie das neuartige Verfahren mechanistisch funktioniert und in Hinblick auf Entsalzungs- und Kosteneffizienz optimiert werden kann. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“.

„Das Verfahren benötigt so wenig Energie, dass eine einfache Batterie für den Betrieb des Systems ausreicht“, erklärt Tallarek. Im Unterschied zu den bislang üblichen Entsalzungsmethoden kommt die neue Technik ohne teure und empfindliche Membranen aus, die zu verkeimen und verstopfen drohen, wodurch sich der Prozess zusätzlich verteuert; auch eine aufwendige Vorbehandlung entfällt. „Nicht zuletzt gestalten sich der Aufbau und Betrieb der Anlage so einfach, dass viel weniger Kapital benötigt wird, um die Vorrichtung vielfach parallel zu schalten“, betont der Chemiker.

Die „World Technology Awards“ werden jährlich in zahlreichen Kategorien vergeben, ausgelobt vom „World Technology Network“ in Verbindung mit Institutionen wie den Zeitschriften „TIME“, „Fortune“ und „Science“ sowie dem Fernsehsender CNN. Die Verleihung erfolgt zum Abschluss des „World Technology Summit“ in New York. Tallarek ist gemeinsam mit seinem Koautor Richard Crooks nominiert; die Entscheidung in der Kategorie „Umwelt“ fällt zwischen ihnen und fünf weiteren Finalisten.

Originalveröffentlichung: Kyle N. Knust et al.: “Electrochemically mediated seawater desalination”, Angewandte Chemie International Edition 52 (2013), Seite 8107–8110, DOI: 10.1002/anie.201302577

Weitere Informationen:
Professor Dr. Ulrich Tallarek,
Fachbereich Chemie
Tel.: 06421 28-25727
E-Mail: tallarek@staff.uni-marburg.de
AG Tallarek Internet: www.uni-marburg.de/fb15/ag-tallarek
„World Technology Network“ im Internet: http://www.wtn.net/summit2013/finalists.php