Solare Entsalzungssystem erzeugt Süßwasser und gewinnt Lithium zurück

Es gelang ihm, Süßwasser zu gewinnen, während die verbleibenden Salze kontinuierlich in eine passive Zone verlagert wurden, um sie später zu sammeln, wobei die maximale Effizienz der Kollektoren über den gesamten Prozess hinweg erhalten blieb. Vorrichtung mit lasergravierter Superwicking-Schwarzmetall-Oberfläche. Bildnachweis: University of Rochester, Foto.

Derzeit haben weltweit 2,2 Milliarden Menschen keinen Zugang zu sicher verwaltetem Trinkwasser. Um diesen Durst zu stillen, verlassen sich Küstenstädte Osten auf industrielle Entsalzungsanlagen. Aber diese riesigen Anlagen, die Standardverfahren wie Umkehrosmose und thermische Destillation einsetzen, sind verschmutzend.

Sie verbrauchen enorme Mengen an Strom, benötigen aufwändige chemische Vorbehandlungen und geben Millionen „Salzlake" zurück in unsere Ozeane. Salzlake ist eine hochkonzentrierte, erstickende Salzwasserschlamm, der das marine Leben tötet.

Technik und Auswirkungen

Um diese Nachteile zu überwinden, haben Forscher einen neuartigen Ansatz entwickelt, der auf Solarpaneln aus schwarzem Metall basiert, das mit ultraschnellen „Femtosekunden"-Lasern graviert wurde. Diese Laserbehandlung macht die Oberfläche extrem lichtabsorbierend und „superwicking" (hoch wasseranziehend).

Wenn Sonnenlicht auf dieses schwarze Panel trifft, absorbiert es fast die gesamte Sonnenstrahlung. Das Wasser verdampft rasch, während reines, destilliertes Wasser gesammelt wird. Aber echtes Meerwasser ist unordentlich. Es enthält eine Mischung aus Kalzium und Magnesium, die normalerweise eine harte, krustige Ablagerung bildet.

Diese Ablagerung verstopft gewöhnliche Solardestillationsanlagen schnell, ähnlich wie Kalziumablagerungen Ihren Duschkopf im Badezimmer ruinieren. Hier kommt das verschüttete Kaffee-Beispiel ins Spiel: Wenn eine Flüssigkeitstropfen verdampft, strömt die Flüssigkeit nach außen zu den Rändern und lagert ihre suspendierten Partikel in einem Ring ab.

Das Team aus Rochester hat die

Das Team aus Rochester hat die Mikrograte des Metalls präzise so eingestellt, dass sie diese natürliche nach außen gerichtete Kraft lenken. Während das Meerwasser verdampft, drückt die sich ausdehnende Flüssigkeit die kristallisierenden Salze und Mineralien ßen in eine unbehandelte „passive" Zone am Rand des Panels.

Das Gerät reinigt sich buchstäblich selbst. Es kann kontinuierlich betrieben werden, ohne dass es zu Verstopfungen kommt. Isolierung Feststoff-Abfall-Ansatzes reichen weit über Speisesalz hinaus. Wissenschaftler können bestimmte Mineralien gezielt ansprechen, indem sie den Abfall in fester Form belassen.

In einer Schwesterstudie, die im Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht wurde, hat Guos Team die Technologie noch einen Schritt weitergebracht. Sie integrierten Hydrogentitanat-Nanopartikel direkt in die Lasergrate des Metalls. Diese Nanopartikel wirken wie winzige chemische Magnete und isolieren Lithium spezifisch übrigen Mineralien im Meerwasser.

Markt und Strategie

Mit Wasserproben aus dem Großen Salzsee gelang es dem Team, etwa 50 % des verfügbaren Lithiums aus den Rückständen nach der Entsalzung zu extrahieren. „Die Gewinnung hat sich aus energetischer und umwelttechnischer Sicht als sehr belastend erwiesen; daher könnte die direkte Entnahme sehr wichtige zukünftige Route sein", so Guo.

Da die Technologie nun in kleinen Geräten nachgewiesen wurde, hält Professor Guo das Superwicking-System für grundsätzlich skalierbar und bietet eine doppelte Lösung: die Verbesserung des globalen Zugangs zu Trinkwasser sowie den Aufbau nachhaltiger Lieferketten für kritische Mineralien. Die Ergebnisse wurden am 27.

Mai in der Zeitschrift Light: Science & Applications veröffentlicht.