Rohstoff für E-Auto-AkkusNeue Methode gewinnt Trinkwasser und Lithium aus Meerwasser
Die Gewinnung von sauberem Wasser und wichtigen Rohstoffen für die Energiewende sind zwei große Herausforderungen. Ein neues Verfahren auf Basis von Verdunstung soll beide gleichzeitig bewältigen. Die zurückbleibenden Salze werden dabei nicht zum Problem, sondern zur Ressource.
Weltweit haben nach Schätzungen der Vereinten Nationen rund 2,2 Milliarden Menschen keinen sicheren Zugang zu sauberem Trinkwasser. Von Kalifornien bis in den Nahen Osten, aber auch in Südeuropa wird auf Entsalzungsanlagen gesetzt, die Meerwasser in Süßwasser verwandeln. Doch die gängigen Verfahren verschlingen enorme Mengen Energie, brauchen chemische Zusätze zur Vor- und Nachbehandlung – und hinterlassen eine Sole, die zurück ins Meer geleitet wird, wo sie die Tier- und Pflanzenwelt schädigen kann.
Ein Forschungsteam von der University of Rochester hat nun eine Methode entwickelt, die all diese Probleme umgeht: Sie soll energieeffizient und umweltschonender sein – und nebenbei auch noch Lithium für Akkus gewinnen. Die dazugehörige Studie wurde in der Fachzeitschrift „Light: Science & Applications“ veröffentlicht.
Kernstück sind Paneele aus schwarzem Metall. Deren Oberfläche wird mit speziellen Lasern so bearbeitet, dass mikroskopisch feine Strukturen entstehen. Wird Meerwasser auf die Oberfläche gegeben, bildet sich schnell ein hauchdünner Wasserfilm, da das Wasser von der feinen Struktur angezogen wird.
Salze bleiben in fester Form zurück
Weil die Paneele extrem lichtabsorbierend sind, heizen sie sich in der Sonne schnell auf, und der Wasserfilm verdunstet. Mittels Kondensation wird der Wasserdampf dann als Süßwasser aufgefangen. Zurück bleiben die Salze und Mineralien aus dem Meerwasser – und zwar in fester Form und nicht als flüssige Sole. Die zurückbleibenden Salze und Mineralien werden gezielt an den unbehandelten Rand des Paneels – die „passive Zone“ – transportiert, wo sie sich ablagern, ohne die aktive Fläche zu verstopfen.
Die Forscher setzen dabei auf den sogenannten Kaffeering-Effekt: „Wenn man Kaffee auf einer Oberfläche verschüttet, verdunstet das Wasser und am Rand bleibt ein Ring konzentrierter Kaffeepartikel zurück“, erklärt Chunlei Guo, Professor für Optik und Physik am Institute of Optics der University of Rochester. „Wir nutzen genau dieses Prinzip, um die Salze in die passive Zone zu treiben.“
Getestet hat das Forschungsteam das System mit echten Wasserproben aus Pazifik, Atlantik und Indischem Ozean. Das Ergebnis: Die Oberfläche reinigt sich selbst, die Salze lassen sich später einfach einsammeln, und die Effizienz der Paneele bleibt erhalten. Besonders bemerkenswert: Nahezu hundert Prozent der gelösten Salze werden in fester Form zurückgewonnen. Das könnte nicht nur reichlich Speisesalz liefern, sondern auch wertvolle Mineralien.
Neue Art der Lithium-Gewinnung?
In einer Begleitstudie im „Journal of Materials Chemistry A“ beschreiben die Autoren, wie sich mit denselben Paneelen Lithium gezielt aus dem Salzgemisch isolieren lässt. Aus Wasserproben des Großen Salzsees in Utah konnten die Forscher nach eigenen Angaben rund 50 Prozent des Lithiums extrahieren, das bei dem Prozess zurückblieb. „Lithium aus der Erde zu gewinnen, ist energetisch und ökologisch sehr belastend“, sagt Guo. „Es direkt aus Salzwasser zu holen, könnte ein wichtiger Zukunftsweg sein.“
Noch befindet sich die Technologie im Stadium kleiner Laborprototypen – doch die Autoren glauben, dass sie sich gut skalieren lässt. Sollte das gelingen, könnte das Verfahren gleich zwei drängende Probleme adressieren: den globalen Trinkwassermangel und die Abhängigkeit von umweltschädlichem Rohstoffabbau. Bis aus dem Labor-Konzept eine industrielle Anwendung wird, dürften noch einige Jahre vergehen.
