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Trinkwasser aus dem Meer

Energiearmes Verfahren macht Meerwasserentsalzung attraktiver

Das Süßwasservorkommen auf der Erde ist verglichen mit dem Gesamtvorkommen des Wassers gering. Je nach Schätzung liegt der Süßwasseranteil bei 2,5 bis 3,5 Prozent. Zwei Drittel des Süßwassers liegen zudem in Form von Eis als Gletscher in den Polarregionen und in Hochgebirgen vor. Mit der wachsenden Verschmutzung und dem rasanten Bevölkerungswachstum ist die Trinkwassergewinnung ein Kernthema dieses Jahrhunderts. Die Vereinten Nationen schätzen, dass bereits ein Drittel der Weltbevölkerung in wasserarmen Gegenden lebt, bis 2025 soll sich diese Zahl verdoppeln.

An Salzwasser herrscht dagegen kein Mangel. Meerwasserentsalzung bietet sich an, doch bisher ist die Technologie noch unprofitabel. Verfahren wie die Verdampfung und anschließende Kondensation des Wassers verbrauchen enorme Mengen an Energie. Die Umkehrosmose benötigt darüber hinaus teure, empfindliche Membranen und aufwendige Vorbehandlungsschritte. Meerwasserentsalzung in großem Maßstab ist noch keine Alternative.

Eine neue Methode zur Entsalzung von Meerwasser wird von einem amerikanisch-deutschen Team in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ vorgestellt. Anders als herkömmliche Verfahren schluckt diese Methode wenig Energie und ist sehr einfach. Diese „elektrochemisch vermittelte Meerwasserentsalzung“ basiert auf einem Mikrokanalsystem und einer bipolaren Elektrode.

Der von Richard M. Crooks (University of Texas at Austin), Ulrich Tallarek (Universität Marburg) und ihren Kollegen mit Unterstützung des US-Energieministeriums entwickelte elektrochemische Ansatz kommt dagegen ohne Membran und hohe Energiemengen aus. Die Forscher drücken das Meerwasser durch ein System aus zwei Mikrokanälen von je 22 µm Breite, einem „Hilfskanal“ und einem verzweigten Arbeitskanal, sodass ein Fluss in Richtung der Auslassöffnungen entsteht. Die beiden Kanälchen sind elektrisch über eine bipolare Elektrode verbunden. Der Hilfskanal wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, der Arbeitskanal geerdet und eine Potentialdifferenz von 3.0 V zwischen den Kanälen eingestellt.

Entscheidend ist der Aufbau des Kanalsystems. Die Elektrode ragt in die Verzweigungsstelle des Arbeitskanals. Aufgrund der Spannung wird ein Teil der negativ geladenen Chloridionen des Meerwassers an diesem Ende der Elektrode zu neutralem Chlor oxidiert. In dem feinen Kanalsystem entsteht dadurch an der Stelle der Abzweigung eine Zone, die an negativ geladenen Ionen verarmt ist, und als Folge ein elektrischer Feldgradient, der die positiv geladenen Ionen des Meerwassers in den abzweigenden Kanal dirigiert. Da aus physikalischen Gründen aber die Elektroneutralität innerhalb des Mikrokanals gewahrt bleiben muss, wandern auch die Anionen mit in die Abzweigung. Im abzweigenden Kanälchen entsteht so ein mit Salz angereicherter Strom, während in der Weiterführung des Arbeitskanälchens teilentsalztes Wasser fließt.

Die für die neue Technik benötigte Energiemenge ist so gering, dass das System mit einer einfachen Batterie arbeiten kann. Anders als bei der Umkehrosmose sind lediglich Sand und Schmutz aus dem Meerwasser zu entfernen, weitere Vorbehandlungsschritte, eine Desinfektion oder Zugabe von Chemikalien sind nicht erforderlich. Durch einfache Parallelschaltung vieler Mikrokanalsysteme kann der Wasserdurchsatz entsprechend erhöht werden.

Meerwasserentsalzung mit geringem Energieaufwand zur Trinkwassergewinnung ist ein vielversprechender Ansatz zur Lösung des Problems der weltweiten Wasserknappheit. Die wasserintensive Landwirtschaft profitiert ebenso von schier unerschöpflichen Mengen an Meerwasser, die entsalzt zur Bewässerung dienen können. Steppen und Wüsten zu begrünen scheint in greifbarer Nähe. Eine profitable bzw. kostenarme Produktion von Trinkwasser aus Meerwasser könnte einen großen Schritt für die globale Trinkwasserversorgung und Ernährung bedeuten.