Membrantechnik Wie ein neuer Filter Salz aus Wasser holt

Wissenschaftler haben eine Technik weiterentwickelt, die Salz aus Wasser filtert. Das Wirkprinzip geht auf eine Idee des berühmten Mathematikers Alan Turing zurück.

Entsalzungsanlage in Spanien - hier wird Trinkwasser aus dem Mittelmeer gewonnen
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Entsalzungsanlage in Spanien - hier wird Trinkwasser aus dem Mittelmeer gewonnen


Möglichst kostengünstig Salzwasser in Trinkwasser umwandeln zu können - das wäre vor allem für Menschen, die kaum Zugang zu sauberem Trinkwasser haben, ein Traum. Forscher aus China könnten ihm nun einen kleinen Schritt näher gekommen sein. Sie haben eine hauchdünne Membran entwickelt, die Salze deutlich effektiver aus Wasser filtert als bisher verwendete Materialien.

Bei der Herstellung der Membran nutzen sie einen Effekt, den der bekannte britische Mathematiker und Informatik-Vordenker Alan Turing 1952 erstmals beschrieben hat. Mit dem sogenannten Turing-Mechanismus kann in der Biologie die Entstehung farbiger Muster auf den Fellen von Tieren wie Giraffen und Zebras erklärt werden. Er wird auch auf das Verhalten von zwei Chemikalien angewendet.

Bei der Umwandlung von Salz- in Trinkwasser mit herkömmlichen Kunststoffmembranen besteht ein Problem, das bisher nur einen Kompromiss zuließ: Entweder wählt man eine hohe Wasserdurchlässigkeit mit geringerer Filterwirkung oder umgekehrt.

Membran-Struktur von Millionstel Millimetern

Bei ihrer Membran, so betonen die Forscher um Lin Zhang von der Zhejiang University in Hangzhou in der Fachzeitschrift "Science", seien sowohl die Wasserdurchlässigkeit als auch die Rate der Trennung von Salz und Wasser hoch. Das führen sie auf die Strukturen zurück, die sich infolge des Turing-Mechanismus bilden.

Dieser Mechanismus beschreibt eine chemische Reaktion unter Beteiligung von zwei Stoffen, von denen einer die Verbindung aktiviert, der andere sie hemmt. Der Hemmer muss sich dabei schneller verbreiten (diffundieren) als der Aktivator. Dadurch bilden sich in einem Reaktionsgefäß Bereiche mit hohem und mit niedrigem Aktivatoranteil. Bei den Versuchen von Zhang und Kollegen entstanden, je nach Rahmenbedingungen, Polyamidmembranen mit blasen- und röhrenförmigen Strukturen - beides im Bereich von Nanometern, also Millionstel Millimetern.

Goldnanopartikel im Testwasser

Im Test filterten sowohl die Membran mit den Blasen als auch die mit den Röhren mehr Salze aus dem Wasser als üblicherweise genutzte Membranen. Die meisten Salze wie Magnesiumchlorid oder Natriumsulfat werden zu 90 Prozent oder mehr vom Wasser getrennt, bei Natriumchlorid (Kochsalz) sind es nur etwa 50 Prozent. Die Forscher bevorzugten aber die Membran mit den Nanoröhren, da sie bei ähnlicher Filterwirkung eine fast doppelt so hohe Wasserdurchlässigkeit zeigte wie die Membran mit den Blasen.

Um herauszufinden, wodurch diese hohe Wasserdurchlässigkeit entsteht, gaben Zhang und Kollegen Goldnanopartikel in das Testwasser. Die Partikel sammelten sich um die Blasen und Röhren herum. "Dies liefert einen visuellen Beweis, der die Existenz von Stellen mit relativ höherer Wasserdurchlässigkeit in den nanometergroßen Turing-Strukturen unterstützt", schreiben die Forscher.

Wie ihre Entwicklung für die Serienproduktion von Anlagen eingesetzt werden könnte oder welche Kosten sie verursacht, schreiben die Forscher allerdings nicht. Erst im vergangenen Jahr hatten Forscher einen Filter hergestellt, der Salz aus Meerwasser zieht. Doch die dabei genutzte Membranen-Technik basiert auf Graphen - extrem harten und dünnen Kohlenstofflagen. Graphen gilt als verhältnismäßig teuer.

dpa/joe



insgesamt 17 Beiträge
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ihawk 04.05.2018
1. Forschung in China
Es fällt schon auf, dass sich Forschung in China auf Gebiete konzentriert die voraussichtlich extrem profitabel sind. Ich frage mich, warum westliche Forscher auf diesen Gebieten nicht unterstützt werden.
vrdeutschland 04.05.2018
2. @1 Weil der Westen Kohle sehen will
Was kostet ein Liter Wasser ? Und was kostet ein Liter Erdöl ? Also im „Westen“ ? Da lohnt es sich sogar das Wasser mit Fracking zu verseuchen, so lukrativ ist der andere Stoff. Wenn China die afrikanischen Staaten mit Trinkwasser versorgt und dafür die Schürfrechte von Rohstoffen wird man sehen was am Ende lukrativer ist ...
GeMe 04.05.2018
3. 2017 wurden weltweit ca. 1,7 Billionen US-Dollar
für Rüstung ausgegeben. Wieviel man von dieser Summe wohl investieren müsste, um eine auf der beschriebenen Technik basierende Meerwasserentsalzungsanlage zu bauen?
swandue 05.05.2018
4.
Zitat von ihawkEs fällt schon auf, dass sich Forschung in China auf Gebiete konzentriert die voraussichtlich extrem profitabel sind. Ich frage mich, warum westliche Forscher auf diesen Gebieten nicht unterstützt werden.
Ich frage mich auch, ob es ein Vorteil für China ist, einerseits am kapitalistischen Wettbewerb teilzunehmen, aber andererseits auch noch einen Staat zu haben, der auf Dinge schaut, die kurz- und mittelfristig nur Geld kosten, aber langfristig großen Nutzen bringen können und dann eben einem Unternehmen die Anweisung erteilt, sich da zu engagieren (zu forschen, eine Produktion zu beginnen oder ein westliches Unternehmen zu kaufen). Welcher Manager kann wirklich langfristig denken, der den Aktionären regelmäßige Gewinne liefern soll? Welcher Politiker kann wirklich langfristig denken, der sich alle vier Jahre um seine Wiederwahl kümmern muss? Und wenn ein Politiker den Weitblick haben sollte, wie kann er dann dafür sorgen, dass entsprechend gehandelt wird?
spectrys 05.05.2018
5. Forschung im Westen
Zitat von ihawkEs fällt schon auf, dass sich Forschung in China auf Gebiete konzentriert die voraussichtlich extrem profitabel sind. Ich frage mich, warum westliche Forscher auf diesen Gebieten nicht unterstützt werden.
Ich habe sowohl an der Uni Freiburg als auch der Penn State in diesem Bereich geforscht. Mangelnde Unterstützung habe ich nie erfahren müssen. Im Gegenteil: Es gab sogar Geld aus Saudi Arabien. Ich kann Ihnen versichern, dass auf diesem Gebiert hier quasi jeder die Unterstützung bekommt, die er benötigt. Es gibt durchaus ähnliche Meldungen aus Europa und Nordamerika, aber die müssen dann halt auch erstmal in die "Science" kommen. Die Turing-Methode ist natürlich interessant, aber wie so oft kann ich mir nicht vorstellen, dass das ganze skalierbar ist und hohen Salzkonzentrationen standhält.
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