Neuartiges Solarentsalzungspanel verarbeitet echtes Meerwasser

Solarentsalzungspanele – Vorrichtungen, die Sonnenlicht nutzen, um Meerwasser in Trinkwasser umzuwandeln – gelten seit Jahren als vielversprechend.

Dennoch arbeiteten fast alle bislang mit einem Ersatzstoff: reinem Wasser, dem Kochsalz zugesetzt wurde. Echtes Meerwasser setzt ihre Oberflächen dagegen häufig zu und beschädigt sie.

Ein in einem New Yorker Labor entwickeltes Panel funktioniert nun mit tatsächlichem Meerwasser. Es reinigt sich selbst, erzeugt keine giftigen Abfälle und macht aus dem zurückbleibenden Salz ein sammelwürdiges Produkt.

Ein Problem mit Salz

Die moderne Entsalzung basiert vor allem auf zwei Verfahren. Bei der Umkehrosmose wird Meerwasser durch feine Filter gepresst, bei der Destillation wird es verdampft. Beide Methoden benötigen gewaltige Energiemengen.

Zugleich entsteht bei beiden Verfahren eine Nebenflüssigkeit namens Sole: eine Mischung aus Salz und Chemikalien, die deutlich salziger als Meerwasser ist. Der Großteil wird zurück ins Meer geleitet, sinkt dort ab, entzieht dem Wasser Sauerstoff und schädigt Meereslebewesen.

Seit Jahren suchen Forschende nach einer umweltverträglicheren Alternative. Ein Team ist überzeugt, vollständig ohne Sole auszukommen. Die Arbeit entsteht im Labor von Chunlei Guo, Professor für Optik an der Universität Rochester.

Solarentsalzungspanel

Auf den ersten Blick wirkt Guos Panel unspektakulär. Es besteht aus einer dünnen Aluminiumplatte, die mit einem schnell pulsierenden Laser geschwärzt und mit mikroskopisch kleinen Rillen versehen wurde. Diese Oberfläche nimmt nahezu das gesamte einfallende Sonnenlicht auf.

Die Rillen ziehen einen dünnen Meerwasserfilm gegen die Schwerkraft nach oben. Während sich der Film verteilt und erwärmt, verdunstet er zu Wasserdampf, der anschließend zu Trinkwasser kondensiert. Das Salz bleibt zurück.

Entscheidend ist, wohin dieses Salz gelangt. Der behandelte Mittelbereich absorbiert Licht und transportiert Wasser, während die unbehandelten Ränder die Rückstände aufnehmen und nach außen befördern. Dadurch bildet sich keine Salzkruste.

Warum echtes Meerwasser entscheidend ist

Frühere Solarkonzepte überzeugten zwar im Labor, nutzten aber meist eine Vereinfachung. Sie arbeiteten mit künstlich hergestelltem Meerwasser, das poröse Salzkörner bildet, durch die Wasser hindurchsickern kann. Echtes Ozeanwasser ist wesentlich problematischer zusammengesetzt.

In echtem Meerwasser befinden sich zusätzlich Magnesium und Kalzium. Diese Mineralien können zu einer harten Kruste werden, die Wasser nicht mehr durchdringen kann. Bei älteren Panels verstopfte sie die Oberfläche und brachte den Prozess zum Erliegen.

Guos Team gestaltete die Rillen tiefer und breiter. Dadurch strömt das salzhaltige Wasser kräftig genug, um die Kristalle aufzulösen und sie nach außen wegzuspülen. Die Änderung klingt gering, ihre Wirkung war es jedoch nicht.

Der Kaffeering-Effekt

Der Selbstreinigungseffekt beruht auf einem bekannten Fleckmuster. Trocknet ein Kaffeetropfen, bewegt sich Flüssigkeit zum Rand und nimmt Partikel mit, sodass am äußeren Rand ein dunkler Ring zurückbleibt. Guo erklärte es knapp.

„Wenn man Kaffee auf eine Oberfläche tropft, verdunstet das Wasser irgendwann, und am äußeren Rand bleibt ein Ring aus konzentrierten Kaffeepartikeln zurück“, sagte Guo.

Dieser zur Kante gerichtete Flüssigkeitsstrom soll das Salz von der aktiven Oberfläche forttragen. Anschließend setzt ein zweiter Vorgang ein, das sogenannte Salzkriechen.

Kristalle am Rand saugen Salzwasser hoch, lösen sich auf und bilden sich jeweils etwas weiter außen erneut. Unter dem Mikroskop beobachtete das Team, wie diese Grenze nach außen wanderte und die Mitte sauber hinterließ.

Salz wird zur Ressource

Da das Salz als trockene Kristalle statt als flüssige Sole anfällt, ist es kein Abfall mehr, sondern ein verwertbares Produkt. Das Panel gewinnt fast die gesamte Menge zurück; von den Rändern wird sie per Hand abgekratzt.

Dieses Pulver enthält mehrere Elemente. Bei den Tests stellte Natrium den größten Anteil, ergänzt durch Spuren von Magnesium, Kalzium und Kalium. Außerdem fanden sich winzige Mengen Gold, Cäsium und Uran.

Mit einer Anpassung konnten dieselben Panels auch Lithium – das Metall in wiederaufladbaren Batterien – aus Salzwasser gewinnen. Aus dem Großen Salzsee in Utah holten sie etwa die Hälfte des vorhandenen Lithiums zurück.

Unter natürlichem Sonnenlicht

Labordemonstrationen sind das eine. Um die Funktionsfähigkeit außerhalb des Labors nachzuweisen, ließ das Team das Panel eine Woche lang ununterbrochen mit echtem Meerwasser arbeiten. Die Leistung blieb konstant, während die Oberfläche frei blieb.

Es blieb nicht bei einer einzigen Wasserquelle. Proben aus dem Atlantik, dem Pazifik und dem Indischen Ozean verhielten sich gleich. Jede Charge war sauber genug zum Trinken und lag deutlich unter den Grenzwerten der Gesundheitsbehörden.

Ein Test auf einem Dach bestätigte dies zusätzlich. Eine etwa briefmarkengroße Fläche, die neun Stunden in der Sonne lag, erzeugte rund 10 Milliliter Süßwasser und eine kleine Prise Salz.

Über das Labor hinaus

Bislang haftete Solarentsalzungspanelen ein Glaubwürdigkeitsproblem an. Mit künstlichem Salzwasser funktionierten sie, mit echtem Meerwasser blockierten sie jedoch. Dieses Panel schließt diese Lücke: Echtes Ozeanwasser kommt hinein, Sole entsteht nicht.

Der Nutzen wäre konkret. Küstenorte mit Wassermangel könnten preiswerte Panels ohne Chemikalien und ohne giftige Abwässer betreiben. Das an den Rändern abgekratzte Salz wird zur Ressource – einschließlich Lithium.

Bislang sind die Panels klein und handgefertigt, doch laut Guo sollte sich das Design unkompliziert skalieren lassen. Gelingt das, könnte eine Technologie zwei Probleme zugleich entschärfen: den Bedarf an sauberem Wasser und die Suche nach nachhaltig gewonnenen Mineralien.