Bis zu 36 Prozent der Weltbevölkerung leiden derzeit während mindestens vier Monaten im Jahr unter schwerem Süßwassermangel. Dieser Anteil könnte bis 2050 auf 75 Prozent ansteigen, was das Überleben der Menschheit bedrohen würde.
Um dieses Problem zu lösen, sind Forscher:innen permanent auf der Suche nach Möglichkeiten, um verschmutztes Wasser aufzubereiten und Meerwasser durch Entsalzung trinkbar zu machen.
Ein neuartiges Verfahren, bei dem Meerwasser schneller verdunstet als Süßwasser, wurde deswegen von Forscher:innen der University of South Australia (UniSA) als bedeutender Durchbruch in der Entsalzungstechnologie gefeiert. Von dem Verfahren könnten Milliarden von Menschen weltweit profitieren.
Die Meerwasserentsalzung ist eine der wirksamsten Strategien, um die drohende Verknappung zu lindern. Doch die bestehenden Verfahren verbrauchen enorme Mengen an Energie und hinterlassen einen großen ökologischen Fußabdruck, heißt es auf der Webseite der Universität.
Die Forscher:innen haben zuvor bereits eine vielversprechende Möglichkeit als nachhaltige Alternative zu den derzeitigen Entsalzungsmethoden aufgezeigt: eine grenzflächenbasierte, solarbetriebene Verdampfung.
Dieser Prozess ist jedoch durch die geringere Verdampfungsrate von Meerwasser im Vergleich zu reinem Wasser aufgrund der negativen Auswirkungen von Salzionen auf die Wasserverdampfung eingeschränkt.
Der UniSA-Forscher für Materialwissenschaften, Professor Haolan Xu, hat nun mit Forschenden aus China an einem Projekt gearbeitet, um eine einfache, aber wirksame Strategie zur Umkehrung dieser Einschränkung zu entwickeln.
Durch den Einsatz preiswerter und gängiger Tonmineralien in einem schwimmenden photothermischen Hydrogelverdampfer erzielte das Team eine Verdampfungsrate von 18,8 Prozent für Meerwasser im Vergleich zu reinem Wasser.
Dies ist ein bedeutender Durchbruch, da frühere Studien alle zu dem Ergebnis kamen, dass die Verdunstungsraten von Meerwasser etwa 8 Prozent niedriger sind als die von reinem Wasser.
"Der Schlüssel zu diesem Durchbruch liegt in dem Ionenaustauschprozess an der Luft-Wasser-Grenzfläche", sagt Prof. Xu. Die Mineralien reichern selektiv Magnesium- und Kalziumionen aus dem Meerwasser an den Verdunstungsflächen an, wodurch die Verdunstungsrate des Meerwassers erhöht wird, erklärt der Forscher. "Dieser Ionenaustauschprozess findet spontan während der solaren Verdunstung statt, was ihn äußerst praktisch und kostengünstig macht."
Weltweit sind nur rund 17.000 Anlagen in Betrieb. In Anbetracht des globalen Entsalzungsmarktes können selbst kleine Leistungseinbußen bei der Entsalzung zum Verlust von mehreren Millionen Tonnen sauberen Wassers führen.
"Diese neue Strategie, die leicht in bestehende Entsalzungsanlagen auf Verdunstungsbasis integriert werden kann, wird zusätzlichen Zugang zu großen Mengen sauberen Wassers bieten, wovon Milliarden von Menschen weltweit profitieren werden", sagt Prof. Xu.
Den Forschenden zufolge behielt der Hydrogelverdampfer seine Leistung auch nach monatelangem Eintauchen in Meerwasser bei. Die nächsten Schritte werden darin bestehen, weitere Strategien zu erforschen, die die Verdampfung von Meerwasser schneller machen können als die Verdampfung von reinem Wasser, und diese in der praktischen Meerwasserentsalzung anzuwenden.
