Nanofasermembran filtert 99,9 % des Salzes innerhalb von Minuten

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Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass über 785 Millionen Menschen keine saubere Trinkwasserquelle haben. Obwohl 71 Prozent der Erdoberfläche mit Meerwasser bedeckt sind, können wir dieses Wasser nicht trinken. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daran, effiziente Wege zu finden, Meerwasser kostengünstig zu entsalzen. Nun hat ein Team koreanischer Wissenschaftler möglicherweise einen Weg gefunden, dies in wenigen Minuten zu erreichen.

Süßwasser, das für die meisten menschlichen Aktivitäten benötigt wird, macht nur 2,5 Prozent des gesamten auf dem Planeten verfügbaren Wassers aus. Veränderte Klimabedingungen führen zu veränderten Niederschlägen und trockenen Flüssen und veranlassen Länder, zum ersten Mal in ihrer Geschichte Wasserknappheit auszurufen. Es ist kaum überraschend, dass die Entsalzung von Meerwasser der einfachste Weg ist, dieses Problem anzugehen. Aber diese Prozesse haben ihre eigenen Grenzen. Eine dieser Einschränkungen ist die Membranbenetzung.

Bei der Verwendung von Membranen zur Meerwasserfilterung muss die Membran über lange Zeiträume trocken bleiben. Wenn die Membran nass wird, wird der Filtervorgang wirkungslos und große Mengen Salz können durch die Membran gelangen. Im Langzeitbetrieb wurde regelmäßig eine fortschreitende Membranbenetzung beobachtet, die durch einen Membranwechsel behoben werden konnte.

Forscher Yunchul Woo und sein Team vom Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) haben nun eine Membran entwickelt, die weniger anfällig für Benetzung und langfristig stabil ist.

Die Membran besteht aus Nanofasern, die zu einer dreidimensionalen hierarchischen Struktur verarbeitet wurden. Dies wurde durch den Einsatz einer Art Nanotechnologie namens Elektrospinnen erreicht. Mit dieser Technologie konnten die Forscher eine Membran herstellen, die stark hydrophob – also wasserabweisend – ist.

Die hydrophobe Natur der Membran ist hilfreich, da sie so konzipiert ist, dass Wassermoleküle nicht passieren können. Stattdessen entsteht auf beiden Seiten der Membran ein Temperaturunterschied, der dazu führt, dass Wasser an einem Ende zu Wasserdampf verdampft. Die Membran lässt Wasserdampf durch, der dann auf der kühleren Seite kondensiert. Dabei handelt es sich um eine sogenannte Membrandestillation, eine häufig verwendete Methode zur Entsalzung mithilfe von Membranen. Da die Salzpartikel nicht in den gasförmigen Zustand überführt werden, bleiben sie auf einer Seite der Membran zurück, wodurch auf der anderen Seite hochreines Wasser entsteht.

Die koreanischen Forscher verwendeten in ihrem Membranherstellungsprozess auch Silica-Aerogel, was den Wasserdampffluss durch die Membran weiter verbesserte und so einen schnelleren Zugang zu entsalztem Wasser ermöglichte. Das Team testete seine Technologie 30 Tage lang für den Dauerbetrieb und stellte fest, dass die Membran weiterhin 99,9 Prozent Salz herausfilterte, ohne dass es zu Benetzungsproblemen kam.

Die Forschungsstudie wurde im Journal of Membrane Science veröffentlicht.