Von Meerwasser zu Trinkwasser, ganz einfach per Knopfdruck

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MIT-Forscher haben eine tragbare Entsalzungseinheit entwickelt, die weniger als 10 Kilogramm wiegt und Partikel und Salze entfernen kann, um Trinkwasser zu erzeugen.

Das koffergroße Gerät, das zum Betrieb weniger Strom benötigt als ein Handy-Ladegerät, kann auch mit einem kleinen, tragbaren Solarpanel betrieben werden, das online für etwa 50 US-Dollar erworben werden kann. Es erzeugt automatisch Trinkwasser, das die Qualitätsstandards der Weltgesundheitsorganisation übertrifft. Die Technologie ist in einem benutzerfreundlichen Gerät verpackt, das auf Knopfdruck funktioniert.

Im Gegensatz zu anderen tragbaren Entsalzungsgeräten, bei denen Wasser durch Filter fließen muss, nutzt dieses Gerät elektrische Energie, um Partikel aus dem Trinkwasser zu entfernen. Durch den Wegfall der Notwendigkeit von Ersatzfiltern wird der langfristige Wartungsaufwand erheblich reduziert.

Dies könnte den Einsatz der Einheit in abgelegenen und stark ressourcenbeschränkten Gebieten ermöglichen, beispielsweise in Gemeinden auf kleinen Inseln oder an Bord von Seefrachtschiffen. Es könnte auch zur Unterstützung von Flüchtlingen vor Naturkatastrophen oder von Soldaten bei langfristigen Militäreinsätzen eingesetzt werden.

„Dies ist wirklich der Höhepunkt einer 10-jährigen Reise, die ich und meine Gruppe unternommen haben. Wir haben jahrelang an der Physik hinter einzelnen Entsalzungsprozessen gearbeitet, aber all diese Fortschritte in eine Schublade gesteckt, ein System aufgebaut und es demonstriert.“ „Das war eine wirklich bedeutungsvolle und lohnende Erfahrung für mich“, sagt der leitende Autor Jongyoon Han, Professor für Elektrotechnik und Informatik sowie für Biotechnik und Mitglied des Research Laboratory of Electronics (RLE).

Zu Han gesellen sich bei der Arbeit der Erstautor Junghyo Yoon, ein Forschungswissenschaftler am RLE; Hyukjin J. Kwon, ein ehemaliger Postdoc; SungKu Kang, Postdoc an der Northeastern University; und Eric Brack vom US Army Combat Capabilities Development Command (DEVCOM). Die Forschung wurde online in Environmental Science and Technology veröffentlicht.

Filterfreie Technologie

Im Handel erhältliche tragbare Entsalzungsanlagen erfordern typischerweise Hochdruckpumpen, um Wasser durch Filter zu drücken, die nur sehr schwer zu miniaturisieren sind, ohne die Energieeffizienz des Geräts zu beeinträchtigen, erklärt Yoon.

Stattdessen basiert ihre Einheit auf einer Technik namens Ionenkonzentrationspolarisation (ICP), die vor mehr als zehn Jahren von Hans Gruppe entwickelt wurde. Anstatt Wasser zu filtern, legt das ICP-Verfahren ein elektrisches Feld an Membranen an, die über und unter einem Wasserkanal angebracht sind. Die Membranen stoßen positiv oder negativ geladene Partikel – darunter Salzmoleküle, Bakterien und Viren – beim Vorbeiströmen ab. Die geladenen Teilchen werden in einen zweiten Wasserstrom geleitet, der schließlich entladen wird.

Der Prozess entfernt sowohl gelöste als auch suspendierte Feststoffe, sodass sauberes Wasser durch den Kanal fließen kann. Da nur eine Niederdruckpumpe erforderlich ist, verbraucht ICP weniger Energie als andere Techniken.

Allerdings entfernt ICP nicht immer alle in der Kanalmitte schwimmenden Salze. Deshalb führten die Forscher einen zweiten Prozess ein, die sogenannte Elektrodialyse, um verbleibende Salzionen zu entfernen.

Yoon und Kang nutzten maschinelles Lernen, um die ideale Kombination aus ICP- und Elektrodialysemodulen zu finden. Der optimale Aufbau umfasst einen zweistufigen ICP-Prozess, bei dem Wasser in der ersten Stufe durch sechs Module und in der zweiten durch drei Module fließt, gefolgt von einem einzelnen Elektrodialyseprozess. Dadurch wird der Energieverbrauch minimiert und gleichzeitig sichergestellt, dass der Prozess selbstreinigend bleibt.

„Es stimmt zwar, dass einige geladene Teilchen auf der Ionenaustauschermembran eingefangen werden könnten, aber wenn sie eingefangen werden, kehren wir einfach die Polarität des elektrischen Feldes um und die geladenen Teilchen können leicht entfernt werden“, erklärt Yoon.

Sie verkleinerten und stapelten die ICP- und Elektrodialysemodule, um ihre Energieeffizienz zu verbessern und sie in ein tragbares Gerät zu passen. Die Forscher haben das Gerät für Laien entwickelt, mit nur einem Knopfdruck zum Starten des automatischen Entsalzungs- und Reinigungsprozesses. Sobald der Salzgehalt und die Anzahl der Partikel auf bestimmte Schwellenwerte sinken, benachrichtigt das Gerät den Benutzer, dass das Wasser trinkbar ist.

Die Forscher haben außerdem eine Smartphone-App entwickelt, die das Gerät drahtlos steuern und Echtzeitdaten zum Stromverbrauch und zum Salzgehalt des Wassers melden kann.

Strandtests

Nachdem sie Laborexperimente mit Wasser unterschiedlichen Salzgehalts und unterschiedlicher Trübung (Trübung) durchgeführt hatten, testeten sie das Gerät in der Praxis am Carson Beach in Boston.

Yoon und Kwon stellten die Kiste in Ufernähe auf und warfen den Futterschlauch ins Wasser. In etwa einer halben Stunde hatte das Gerät einen Plastiktrinkbecher mit klarem, trinkbarem Wasser gefüllt.

„Es war bereits im ersten Durchgang erfolgreich, was ziemlich aufregend und überraschend war. Aber ich denke, der Hauptgrund für unseren Erfolg ist die Anhäufung all dieser kleinen Fortschritte, die wir auf dem Weg gemacht haben“, sagt Han.

Das resultierende Wasser übertraf die Qualitätsrichtlinien der Weltgesundheitsorganisation und die Einheit reduzierte die Menge an Schwebstoffen um mindestens den Faktor 10. Ihr Prototyp erzeugt Trinkwasser mit einer Geschwindigkeit von 0,3 Litern pro Stunde und benötigt nur 20 Wattstunden pro Liter .

„Derzeit treiben wir unsere Forschung voran, um diese Produktionsrate zu steigern“, sagt Yoon.

Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung des tragbaren Systems bestand darin, ein intuitives Gerät zu entwickeln, das von jedem verwendet werden kann, sagt Han.

Yoon hofft, das Gerät benutzerfreundlicher zu machen und seine Energieeffizienz und Produktionsrate durch ein Startup zu verbessern, das er zur Kommerzialisierung der Technologie gründen möchte.

Im Labor möchte Han die Erkenntnisse, die er im letzten Jahrzehnt gewonnen hat, auf Wasserqualitätsprobleme anwenden, die über die Entsalzung hinausgehen, beispielsweise die schnelle Erkennung von Schadstoffen im Trinkwasser.

„Das ist definitiv ein spannendes Projekt und ich bin stolz auf die Fortschritte, die wir bisher gemacht haben, aber es gibt noch viel zu tun“, sagt er.

Während beispielsweise „die Entwicklung tragbarer Systeme mit Elektromembranprozessen eine originelle und aufregende Richtung in der netzunabhängigen Entsalzung in kleinem Maßstab ist“, könnten die Auswirkungen von Verschmutzung, insbesondere wenn das Wasser eine hohe Trübung aufweist, den Wartungsaufwand erheblich erhöhen Energiekosten, bemerkt Nidal Hilal, Professor für Ingenieurwissenschaften und Direktor des Wasserforschungszentrums der New York University Abu Dhabi, der nicht an dieser Forschung beteiligt war.

„Eine weitere Einschränkung ist die Verwendung teurer Materialien“, fügt er hinzu. „Es wäre interessant, ähnliche Systeme mit kostengünstigen Materialien zu sehen.“

Die Forschung wurde teilweise vom DEVCOM Soldier Center, dem Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), dem Experimental AI Postdoc Fellowship Program der Northeastern University und dem Roux AI Institute finanziert.

Prof. Jongyoon Han und der Forscher Junghyo Yoon haben ein neues tragbares Entsalzungsgerät entwickelt, das auf Knopfdruck sicheres Trinkwasser liefern kann, berichten Meghan Gunn und Kerri Anne Renzulli für Newsweek. Das Gerät „benötigt zum Betrieb weniger Strom als ein Handy-Ladegerät und produziert sauberes Trinkwasser, das die Standards der Weltgesundheitsorganisation übertrifft“, schreiben Gunn und Renzulli.

Forscher des Forschungslabors für Elektronik des MIT haben einen tragbaren Entsalzer entwickelt, der Meerwasser in sicheres Trinkwasser umwandeln kann, berichtet Ian Mount für Fortune. Der Forscher Jongyoon Han und der Doktorand Bruce Crawford haben Nona Technologies gegründet, um das Produkt zu kommerzialisieren, schreibt Mount.

MIT-Forscher haben „eine frei schwebende Entsalzungseinheit entwickelt, die aus einem mehrschichtigen Verdampfer besteht, der die bei der Kondensation des Wasserdampfs erzeugte Wärme recycelt und so die Gesamteffizienz steigert“, berichtet Nell Lewis für CNN. „Forscher schlugen vor, dass es als schwimmende Platte auf dem Meer konfiguriert werden könnte, die Süßwasser durch Rohre an die Küste liefert, oder dass es so konzipiert werden könnte, dass es einen einzelnen Haushalt versorgt und es auf einem Meerwassertank verwendet“, schreibt Lewis.

MIT-Forscher haben ein koffergroßes, tragbares Entsalzungsgerät entwickelt, das Salzwasser per Knopfdruck in Trinkwasser umwandeln kann, berichtet Elissaveta M. Brandon von Fast Company. Brandon schreibt, dass das Gerät ein „wichtiges Werkzeug für abgelegene Inselgemeinden, seefahrende Frachtschiffe und sogar Flüchtlingslager in der Nähe von Wasser“ sein könnte.

Motherboard-Reporterin Audrey Carleton schreibt, dass MIT-Forscher ein „filterloses tragbares Entsalzungsgerät entwickelt haben, das ein durch Sonnenenergie erzeugtes elektrisches Feld nutzt, um geladene Partikel wie Salz, Bakterien und Viren abzuwehren“. Der Forschungswissenschaftler Junghyo Yoon erklärt: „Alle Indikatoren zeigen uns, dass Wasserknappheit aufgrund des steigenden Meeresspiegels ein wachsendes Problem für alle ist. Wir hoffen nicht auf eine düstere Zukunft, aber wir wollen den Menschen helfen, darauf vorbereitet zu sein.“

Ein neues tragbares, solarbetriebenes Entsalzungsgerät, das von MIT-Forschern entwickelt wurde, kann auf Knopfdruck trinkbares Trinkwasser erzeugen, berichtet Tony Ho Tran für The Daily Beast. „Das Gerät ist nicht wie herkömmliche Entsalzungsmaschinen auf Filter angewiesen“, schreibt Tran. „Stattdessen wird das Wasser mit elektrischem Strom gezapft, um Mineralien wie Salzpartikel aus dem Wasser zu entfernen.“

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