Dieses Sieb aus Graphen filtert Salzwasser zu Trinkwasser
Ein Sieb aus England sorgt für Aufsehen: Es verwandelt mit einer Membran aus Graphenoxid Salz- in Trinkwasser. Ohne großen Aufwand. Mit etwas Glück ist es die Wundererfindung, welche die Menschheit vor Wasserknappheit rettet. Am Ende des Artikels finden Sie eine passende Podcast-Folge.
Eine Membran aus Graphenoxid haben britische Forscher entwickelt. Stellt man daraus ein Sieb her, lässt sich Salzwasser zu Trinkwasser filtern. Einfach so.
Foto: Universität Manchester
Bis 2025 werden 14 % der Weltbevölkerung an Wasserknappheit leiden, schätzt die UN – das werden zu diesem Zeitpunkt über eine Milliarde Menschen sein. Soweit darf es nicht kommen, sagen Wissenschaftler der Universität Manchester.
Ihr Lösungsvorschlag: Ein hauchdünnes Sieb, das Salzwasser aus dem Meer in Trinkwasser umwandelt. Das wäre eine großartige Erfindung und sehr effektiv, schließlich sind 70 % der Erde von Meeren bedeckt.
Graphenoxid ist das Herzstück des Siebs
2010 haben russische Wissenschaftler den Nobelpreis für die Entdeckung des Graphen bekommen – eine Modifikation des Kohlenstoffs, in der jedes Atom von drei weiteren im Winkel von 120 ° umgeben ist, sodass ein bienenwabenförmiges Muster entsteht. Theoretisch ist diese zweidimensionale Struktur ein idealer Filter. Doch Membranen ließen sich bislang kaum herstellen. Bislang.
Den Forschern in Manchester ist es gelungen, ein Graphengitter zu bauen, das Wasser durchlässt, aber Salzkristalle aufhält.
Quelle: Universität Manchester
Die Forscher haben im Labor durch Oxidation ein chemisches Derivat namens Graphenoxid geschaffen, das sich wie eine Tinte auf ein Substrat auftragen lässt, so dass eine dünne Membran entsteht. Die Löcher in der Membran sind dabei nicht größer als ein Nanometer – sie sind also eine Million Mal kleiner als ein Millimeter.
Die Folge: Wasser dringt durch die Membran. Salz nicht. „Es ist das erste Mal, dass wir die Größe der Poren in der Membran kontrollieren und so Wasser entsalzen konnten“, sagte Prof. Rahul Nair der BBC. Nair und sein Team haben die Studie gerade im Fachblatt „Nature Nanotechnology“ veröffentlicht. „Die Realisierung skalierbarer Membranen mit gleichmäßiger Porengröße bis hin zur atomaren Skala ist ein wichtiger Schritt vorwärts und eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz der Entsalzungstechnik.“
Offene Frage: Wie lang hält Membran Salzwasser stand?
Auf dem Markt ist der Filter noch nicht. Zuerst müssen die Forscher im Labor noch einige Hürden überwinden. Noch ist zum Beispiel unklar, wie lange die Membran den ständigen Kontakt mit Meerwasser aushält. Unklar ist auch, ob der Werkstoff nicht viel zu teuer ist, um Siebe im industriellen Maßstab herzustellen.
Im Labor klappt das Filtern von Salzwasser schon: rechts im Bild trübes Salzwasser, links trinkbares Süßwasser.
Quelle: Universität Manchester
Ein anderes Problem haben die Wissenschaftler hingegen schon gelöst: die Tatsache, dass Graphenoxid in Kontakt mit Wasser aufquillt. Sie haben an beiden Seiten der Membran hauchdünne Wände aus Epoxidharz platziert, welche das Aufquellen verhindern. Als Nächstes wollen Sie damit experimentieren, die Membran mit marktüblichen Stoffen zu kombinieren.
Derweil beeindruckt Graphen auch mit anderen Eigenschaften. Als Schmiermittel könnte Graphen dafür sorgen, dass Automotoren und Maschinen künftig fast ohne Reibung laufen und ewig halten. Als Schaum ist Graphen federleicht, aber um ein Vielfaches stabiler als Stahl. Und schließlich könnte es auch das ultimative Flammschutzmittel mit einer positiven Umweltbilanz sein.
Sauberes Wasser ist eine Lebensnotwendigkeit und sollte auch in der Ingenieurausbildung stärker thematisiert werden, so Arnd Bürschgens. In dieser Folge des Podcast „Technik aufs Ohr“ haben wir ihn zum Thema interviewt. Jetzt reinhören und abonnieren.
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