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Dieser Graphenfilter könnte das Trinken von Meerwasser verbilligen

2022

Eine neue Studie, die Anfang dieser Woche in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht wurde, könnte ein wichtiger Schritt sein, entsalztes Wasser - Wasser, in dem Salz entfernt wird, um es trinkbar zu machen - zu einer tragfähigen Option für mehr Menschen auf der Welt zu machen. Forscher der Universität Manchester modifizierten Graphenoxidmembranen, eine Art selektiv durchlässiger Membran, die es einigen Molekülen ermöglicht, durchzulassen, während andere zurückbleiben, und Wasser durchlassen, während sie Salzionen einfangen. Es ist im Wesentlichen ein Molekularsieb.

Die Suche nach neuen Süßwasserquellen ist wichtig, da nach Angaben der Vereinten Nationen rund 20 Prozent der Weltbevölkerung - 1, 2 Milliarden Menschen - keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben. Es wird erwartet, dass diese Zahl wächst, wenn die Bevölkerungszahl steigt und die Wasservorräte teilweise aufgrund des Klimawandels abnehmen. Diese Realität hat einige zu der Annahme veranlasst, dass der nächste "Goldrausch" der Welt für Wasser sein wird. Andere sind weniger zuversichtlich und befürchten, dass die Kriege der Zukunft über Wasser ausgetragen werden. Und diese Sorge ist nicht umsonst: Der derzeitige Krieg im Jemen ist zumindest teilweise mit Wasserkonflikten verbunden.

Aber während Süßwasser knapp ist (knapp drei Prozent des Weltwassers sind Süßwasser), ist Wasser selbst nicht so. Die Erde besteht zu mehr als 70 Prozent aus Wasser, aber zu 97 Prozent ist es nicht trinkbar, weil es entweder Salz oder Brack (eine Mischung aus Salz und Süßwasser) ist. Das gelegentliche Schlucken von Meerwasser beim Schwimmen und Trinken von Salzwasser ist gefährlich für den Menschen - es führt zu Austrocknung und schließlich zum Tod. Daher der berühmte Spruch aus dem Rhyme of the Ancient Mariner : "Wasser, Wasser überall und kein Tropfen zum Trinken."

Entsalzung könnte eine Lösung sein. Immerhin wird die Technik bereits in Teilen des Nahen Ostens und der Kaimaninseln eingesetzt. Die beiden derzeit angewendeten Techniken sind jedoch die mehrstufige Entspannungsdestillation, bei der ein Teil des Wassers durch eine Reihe von Wärmetauschern zu Dampf erhitzt wird, und die Umkehrosmose, bei der eine Hochdruckpumpe verwendet wird, um Meerwasser durch die Umkehrung zu drücken Osmosemembranen zur Entfernung von Ionen und Partikeln aus dem Trinkwasser weisen mehrere wesentliche Nachteile auf.

"Gegenwärtige Entsalzungsmethoden sind energieintensiv und verursachen nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt", schrieb Ram Devanathan, ein Forscher der Direktion für Energie und Umwelt am Pacific Northwest National Laboratory, in einer Stellungnahme, die die Studie begleitete. "Darüber hinaus verbraucht die Energieerzeugung große Mengen Wasser und erzeugt Abwasser, das mit weiterem Energieeinsatz behandelt werden muss."

Graphenoxidmembranen erweisen sich als relativ kostengünstige Alternative als vielversprechend, da sie kostengünstig im Labor hergestellt werden können und obwohl Wasser leicht durch sie fließt, Salze dies nicht tun. Wenn sie jedoch in großem Maßstab in Wasser eingetaucht werden, neigen Graphenoxidmembranen dazu, schnell zu quellen. Einmal gequollen, lassen die Membranen nicht nur Wasser durch, sondern auch Natrium- und Magnesiumionen, dh Salz, was den Zweck der Filtration zunichte macht.

Der Studienautor Rahul Nair und seine Kollegen stellten fest, dass durch die Platzierung von Wänden aus Epoxidharz auf beiden Seiten des Graphenoxids die Expansion gestoppt werden konnte. Und indem sie die Membranen mit Harz einschränkten, konnten sie ihre Kapillargröße fein einstellen, um zu verhindern, dass fehlerhafte Salze eine Fahrt auf Wassermolekülen behinderten.

Der nächste Schritt wird sein, es im industriellen Maßstab zu testen, um festzustellen, ob die Methode hält. Wenn es funktioniert, trinken viele Leute vielleicht nur (ein Glas Wasser) dazu.

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