Wissenschaftler verwandeln Meerwasser in Trinkwasser ohne giftiges Sole

Herkömmliche Entsalzungsverfahren wie Umkehrosmose und thermische Destillation sind jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden: Sie verbrauchen große Mengen an Energie, erfordern oft chemische Behandlungen vor und nach dem Prozess und erzeugen hochkonzentrierte Salzlauge.

Wenn dieses salzhaltige Nebenprodukt ins Meer zurückgeleitet wird, kann es marine Ökosysteme schädigen, indem es den Salzgehalt erhöht und den Sauerstoffgehalt im umgebenden Wasser verringert. Forscher der University of Rochester haben nun einen neuen Ansatz entwickelt, der viele dieser Herausforderungen adressieren könnte.

Ihr solarbetriebenes Entsalzungssystem erzeugt effizient Süßwasser, vermeidet die Entstehung üssigem Soleabfall und benötigt keine chemischen Zusätze zur Vorbehandlung des Wassers.

Was die Studie zeigt

Das vom Team ührte Forschungsprojekt, bei dem Guo Professor für Optik und Physik sowie leitender Wissenschaftler am Laboratory for Laser Energetics der University of Rochester ist, wurde in der Zeitschrift Light: Science & Applications vorgestellt.

Solar-Entsalzung mit laserbehandeltem Metall Das System basiert auf speziellen Solarpanelen aus schwarzem Metall, das mit ultrakurzen Femtosekundenlasern strukturiert wurde.

Dieser Prozess verleiht der Oberfläche zwei entscheidende Eigenschaften: Sie absorbiert Sonnenlicht äußerst effizient und ist extrem wasseranziehend, eine Eigenschaft, die als Superwicking bezeichnet wird. Ein mit Laser behandeltes aktives Bereich auf dem Panel zieht eine dünne Schicht Meerwasser über seine Oberfläche.

Technik, Energie und Einsatz

Das Material fängt nahezu die gesamte einfallende Sonnenenergie ein, erwärmt das Wasser und treibt die Verdunstung an. Während das Wasser destilliert wird, werden gelöste Salze und Mineralien aus dem aktiven Bereich entfernt und in unbehandelten Bereichen des Panels abgelagert, die als passive Zone bezeichnet werden.

Durch die Ableitung verhindert das System eine Ablagerung, die sonst die kontinuierliche Süßwasserproduktion beeinträchtigen könnte. Vermeidung: Guo weist darauf hin, dass mehrere solarthermische Entsalzungstechnologien in Laborversuchen mit vereinfachtem Meerwasser aus Wasser und Natriumchlorid vielversprechende Ergebnisse gezeigt haben.

In diesen Tests bildet sich Natriumchlorid als poröse, körnige Kristalle aus, während das Wasser verdampft. Wasser kann dennoch durch diese Strukturen fließen, wodurch sich das Salz wieder auflösen kann, und die Paneele sind relativ leicht zu reinigen. Reales Meerwasser ist jedoch deutlich komplexer.

Technik und Auswirkungen

Neben Natriumchlorid enthält Meerwasser eine breite Palette an gelösten Mineralien. Magnesium- und calciumbasierte Verbindungen kristallisieren beispielsweise häufig in dichte, krustenartige Ablagerungen, die den Wasserfluss blockieren. Im Laufe der Zeit können sich diese Ablagerungen auf Entsalzungsflächen ansammeln und den Prozess wirkungslos machen.

Das gleiche Phänomen tritt im Alltag auf, wenn sich Mineralablagerungen im Inneren einer Duschkopf bilden oder Kalk im Wasserkessel entsteht. Meerwasser enthält einfach deutlich höhere Konzentrationen gelöster Salze. Um dieses Problem zu lösen, hat das Team aus Rochester mikroskopische Rillen in die schwarze Metalloberfläche eingearbeitet.

Das Design fördert es, dass Salze und Mineralien sich, statt sich dort anzusammeln.

Was die Studie zeigt

Die Forscher nutzten zudem einen bekannten physikalischen Effekt, den sogenannten Coffee-Ring-Effekt. „Wenn Sie Kaffee auf eine Oberfläche gießen, verdunstet das Wasser schließlich und es bleibt am äußeren Rand ein Ring zurück, der die konzentrierten Kaffeepartikel enthält", sagt Guo. „Wir wenden dieses gleiche Prinzip an, um die Salze in den passiven Bereich zu transportieren." Bei Tests mit Meerwasser aus dem Pazifik, dem Atlantik und dem Indischen Ozean erzeugte das System kontinuierlich Süßwasser und leitete gleichzeitig automatisch die Salze in den passiven Bereich.

Dieses selbstreinigende Verhalten sicherte die Leistung und ermöglichte die spätere Sammlung der Salze ohne Effizienzverlust. Umwandlung ällen in wertvolle Ressourcen Einer der bedeutendsten Vorteile der Technologie besteht darin, dass keine flüssige Sole entsteht. Stattdessen werden nahezu alle gelösten Salze in fester Form zurückgewonnen.

Diese Materialien könnten potenziell als Quelle für Speisesalz oder als Rohstoff zur Gewinnung wertvollerer Elemente dienen. Zu den vielversprechendsten Zielen zählt Lithium, ein entscheidender Bestandteil, die in Elektrofahrzeugen und vielen Consumer-Electronics eingesetzt werden.

Technik und Auswirkungen

In einer verwandten Studie, die im Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht wurde, zeigten Guo und Kollegen, dass dieselben Superwicking-Solarpaneele auch bei der Entsalzung zur Trennung beitragen können. Die Forscher integrierten Hydrogentitanat-Nanopartikel in die mikroskopischen Rillen der schwarzen Metalloberfläche.

Diese Partikel selektieren Lithium und lassen andere Salze zurück. „Der Abbau hat sich als sehr energie- und umweltschädlich erwiesen; daher könnte die direkte Gewinnung sehr wichtige zukünftige Route sein", so Guo.

Mit Wasserproben aus dem Großen Salzsee in Utah gelang es dem Team, etwa 50 Prozent des im Salzgemisch enthaltenen Lithiums zurückzugewinnen, das nach der Entsalzung übrig bleibt. Eine mögliche Lösung für Herausforderungen bei der Wasserversorgung und Mineralgewinnung.

Moegliche Anwendungen

Obwohl die Technologie bisher nur an kleinen Proof-of-Concept-Geräten demonstriert wurde, ist Guo der Ansicht, dass sie für größere Anwendungen skaliert werden kann.

Bei erfolgreicher Ausweitung des Ansatzes könnte der Zugang zu Trinkwasser weltweit verbessert werden, gleichzeitig aber eine nachhaltigere Quelle für wichtige Mineralien wie Lithium geschaffen werden. „Additive-freie und salzablassfreie solarthermische Entsalzung mit gleichzeitiger vollständiger Mineralgewinnung aus Meerwasser", Subhash C.

Singh, Ran Wei, Tianshu Xu und Chunlei Guo, 27. Mai 2026, Light: Science & Applications. DOI: 10.1038/s41377-026-02315-4. „Schnelle Lithiumgewinnung durch solarthermische Grenzflächendampfung mit null flüssigem Abwasser", Subhash C. Singh, Mingjiang Ma und Chunlei Guo, 13. Februar 2026, Journal of Materials Chemistry A. DOI: 10.1039/D5TA08968A.

Die Forschung wurde vom National Science Foundation, der Bill & Melinda Gates Foundation und dem Worldwide Universities Network unterstützt. Zusätzliche Mitwirkende aus dem Institut für Optik der University of Rochester waren der Senior Scientist Subash Singh, der Alumni Ran Wei '24 (PhD), die Doktoranden Luheng Tang und Tainshu Xu sowie Mingjiang Ma.