Trinkwasser dank Sonnenlichts

Neuer Prototyp bietet optimierten Prozess für die Entsalzung von Meerwasser
Prototyp einer solaren Entsalzungsanlage für Meerwasser, die sogar 140 Grad heißen Wasserdampf erzeugen kann.
Prototyp einer solaren Entsalzungsanlage für Meerwasser, die sogar 140 Grad heißen Wasserdampf erzeugen kann.
© Thomas A. Cooper
Cambridge (USA) - Verdunstet Meerwasser in Salinen unter Einstrahlung von Sonnenlicht, sind die dabei entstehenden Salzkrusten seit Jahrhunderten durchaus erwünscht. Aber bei der Gewinnung von Trinkwasser stören diese Ablagerungen und verringern die Effizienz von solaren Entsalzungsanlagen. Über eine Lösung dieses Problems berichten nun amerikanische Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Nature Communications“. Sie entwickelten eine solare Entsalzungsanlage, in der das Wasser nicht mehr im direkten Kontakt mit den Sonnenlicht absorbierenden Materialien stand. So konnten nicht nur salzige Ablagerungen vermieden werden, auch höhere Verdampfungstemperaturen waren möglich.

Für das kontaktlose Verdunsten von Meerwasser konzipierten Thomas A. Cooper und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge eine mehrschichtige solare Verdampfungsanlage. Die Oberfläche ihres Prototyps bestand aus einer dunklen, Sonnenlicht absorbierenden Schicht. Dafür sind schwarz lackierte Flächen oder auch spezielle, nanostrukturierte Werkstoffe einsetzbar. An der Unterseite dieses Absorbers brachten Forscher ein spezielles Emitter-Material an, das bei höheren Temperaturen bevorzugt Infrarot-Strahlung aussendete. Diese Wärmestrahlung wurde vom Salzwasser, das unmittelbar unter dem Emitter in einer dünnen Schicht zirkulierte, aufgefangen. Der dabei entstandene Wasserdampf erreichte Temperaturen von deutlich über 100 Grad Celsius und ließ sich über kleine Kanäle ableiten, abkühlen und zu salzfreiem Trinkwasser kondensieren.

Ihren viel versprechenden Prototyp testeten Cooper und Kollegen sowohl im Labor unter Einstrahlung künstlichen Sonnenlichts als auch während eines Sonnentags auf dem Dach ihres Instituts. Von kühlendem Wind abgeschirmt heizte sich die Absorberschicht schnell auf mehr als 100 Grad Celsius auf. Wie erwartet verdampfte das eingespeiste Salzwasser. Der Wasserdampf erreichte dabei sogar Temperaturen von bis zu 133 Grad. Nach diesen Versuchen schätzten die Forscher die Effizienz ihrer solaren Entsalzungsanlage auf etwa 25 Prozent. Mit einem einen Quadratmeter großen Modul ließen sich damit etwa zweieinhalb Liter Trinkwasser pro Tag bei einer solaren Strahlungsleistung von sechs Kilowattstunden pro Quadratmeter gewinnen.

„Mit diesem kontaktlosen Design umgehen wir das Problem störender Ablagerungen auf dem Absorbermaterial“, sagt Cooper. Zudem eröffneten seiner Meinung nach auch die erzielten hohen Dampftemperaturen weitere Anwendungen über die reine Trinkwassergewinnung hinaus. Denn der knapp 140 Grad heiße Wasserdampf könnte zum Kochen, Waschen und sogar zur Sterilisation von medizinischen Instrumenten in entlegenen Regionen genutzt werden. „Nach diesen Grundlagen-Versuchen wollen wir nun die Effizienz des Systems weiter erhöhen und dann die am besten geeigneten Anwendungen ermitteln“, sagt Cooper.

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