Fluor-Nanoröhren revolutionieren Entsalzung

Schematische Darstellung der revolutionären Entsalzungstechnik (Illustration: u-tokyo.ac.jp/en)

Tokio (pte002/18.05.2022/06:05) - Mittels Fluor-Nanoröhrchen lässt sich Meerwasser 1.000 Mal schneller entsalzen als mit etablierten Verfahren. Außerdem ist der Energieaufwand deutlich geringer, wie Yoshimitsu Itoh vom Institut für Chemie und Biochemie der Universität Tokio http://www.u-tokyo.ac.jp/en zeigt. Die Entwicklung seines Teams ist dem Experten nach ein wichtiger Schritt, um die zunehmende Knappheit an Trinkwasser in weiten Teilen der Welt zu bekämpfen.

Besser, schneller, sparsamer

Itoh hat sich von einer erprobten Technik inspirieren lassen. Wasser und Abwasser fließt leichter durch Rohre, wenn diese innen mit einer Fluor-Verbindung beschichtet sind. Das müsste sich auch auf Nanoröhrchen übertragen lassen, dachte er und machte sich an die Arbeit. "Wir wollten herausfinden, wie effektiv ein Fluor-Nanokanal verschiedene Komponenten einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser und Salz, selektiv filtert", so Itoh. Nach einigen komplexen Computersimulationen entschied er sich dafür, Prototypen der Fluor-Nanoröhrchen herzustellen.

Die gefertigten Nanoringe haben einen Durchmesser von ein bis zwei Nanometer. Daraus erschufen die Forscher eine Membran. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist fast 100.000 Nanometer breit. Da Fluor elektrisch negativ ist, stößt es negative Ionen wie das im Salz enthaltene Chlor ab, sodass es die Membran nicht passieren kann. Zudem löst es sogenannte Wasser-Cluster auf, so dass diese die Kanäle schneller passieren. Die fluorbasierten Wasserentsalzungsmembranen des Teams sind effektiver, schneller, benötigen weniger Energie für den Betrieb und sind auch sehr einfach zu bedienen.

Ein-Meter-Membran als Ziel

"Derzeit ist die Art und Weise, wie wir unsere Materialien synthetisieren, allerdings relativ energieintensiv. Wir sind jedoch zuversichtlich, dass wir hier Einsparungen erreichen", sagt Itoh. Angesichts der Langlebigkeit der Membranen und der niedrigen Betriebskosten seien die Gesamtkosten pro Liter Trinkwasser jedoch jetzt schon niedriger als bei etablierten Techniken. So würden die Gesamtenergiekosten viel niedriger ausfallen als bei den derzeitigen Methoden.

Bisher hat das japanische Forscher-Team mit einzelnen Nanokanälen im Labor experimentiert. Ihr Nahziel, so die Wissenschaftler, ist es mittelfristig, daraus Membranen mit einem Durchmesser von bis zu einem Meter zu formen, um den Durchlauf drastisch zu erhöhen, wie es heißt.

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