Solar

Wissenschaftler entwickeln eine kostengünstige, hocheffiziente Technik, die Sonnenenergie nutzt, um Salz aus Meerwasser zu entfernen und so sicheres Trinkwasser zu erzeugen.

Amerikanisches Institut für Physik

Bild: Eine solarbetriebene Entsalzungsanlage besteht aus drei Schichten: Dochtmaterial, einem Wärmeisolator und einem auf Papier basierenden Absorber für Sonnenlicht, der Titan enthält.mehr sehen

Bildnachweis: Chao Chang

WASHINGTON, 27. April 2021 – Trotz der riesigen Wassermengen auf der Erde handelt es sich größtenteils um nicht trinkbares Meerwasser. Da Süßwasser nur etwa 2,5 % der Gesamtmenge ausmacht, herrscht in weiten Teilen der Welt ernste Wasserknappheit.

In AIP Advances von AIP Publishing berichten Wissenschaftler in China über die Entwicklung eines hocheffizienten Entsalzungsgeräts, das mit Solarenergie betrieben wird. Das Gerät besteht aus einer titanhaltigen Schicht, TiNO oder Titannitridoxid, die Sonnenenergie absorbieren kann. Das TiNO wird auf einer speziellen Papier- und Schaumstoffart abgeschieden, die es dem Solarabsorber ermöglicht, auf Meerwasser zu schwimmen.

Wenn Sonnenlicht auf die Titanschicht trifft, erhitzt sie sich schnell und verdampft das Wasser. Durch die Platzierung des Geräts in einem transparenten Behälter mit geneigtem Quarzdach kann der Wasserdampf kondensiert und gesammelt werden, wodurch eine reichliche Menge Süßwasser entsteht.

„Im Bereich der Solarenergie ist TiNO eine gängige kommerzielle solarabsorbierende Beschichtung, die häufig in Solarwarmwassersystemen und in Photovoltaikanlagen verwendet wird“, sagte Autor Chao Chang. „Es hat eine hohe Sonnenabsorptionsrate und eine geringe Wärmeemission und kann Sonnenenergie effektiv in Wärmeenergie umwandeln.“

Die Forscher entwickelten eine Methode zum Aufbringen einer TiNO-Schicht mithilfe einer Technik, die als Magnetronsputtern bekannt ist. Sie verwendeten eine spezielle Art von hochporösem Papier, das sogenannte Airlaid-Papier, das als Dochtwirkungsmaterial für die Wasserversorgung aus dem Meerwasserreservoir fungiert. Airlaid-Papier wird aus Holzfasern hergestellt und häufig in Wegwerfwindeln verwendet.

Die Verdampfungseinheit bestand aus drei Teilen: der TiNO-Schicht oben, einem Wärmeisolator und dem Airlaid-Papier unten. Die Isolierschicht besteht aus Polyethylenschaum, der über viele luftgefüllte Poren verfügt, die die Wärme speichern und es der mehrschichtigen Einheit ermöglichen, auf einem Meerwasserreservoir zu schwimmen, wodurch der Wärmeverlust an die Umgebung minimiert wird.

„Das poröse Airlaid-Papier, das als Substrat für den TiNO-Solarabsorber verwendet wird, kann mehr als 30 Mal wiederverwendet und recycelt werden“, sagte Chang.

Salzablagerungen auf der TiNO-Oberfläche könnten die Effizienz beeinträchtigen, doch die Forscher stellten fest, dass sich auch nach längerer Zeit keine Salzschicht auf der Oberfläche bildete. Sie vermuten, dass die poröse Beschaffenheit des Papiers jegliches Salz, das sich auf der Oberfläche bilden könnte, ableitet und es in das Meerwasserreservoir zurückführt.

Der Salzgehalt von gewöhnlichem Meerwasser beträgt über 75.000 Milligramm Salz pro Liter. Gewöhnliches Trinkwasser hat einen Salzgehalt von etwa 200 Milligramm pro Liter. Die Entsalzungsanlage konnte den Salzgehalt des Meerwassers auf weniger als 2 Milligramm pro Liter senken.

Die Kombination aus niedrigen Kosten, hoher Effizienz und Verschmutzungsfreiheit dieser Entsalzungstechnologie zeigt, dass sie das Potenzial hat, zur Lösung des weltweiten Süßwassermangels beizutragen.

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Der Artikel „Porous TiNO solar-driven interfacial evaporator for high-efficiency seawater desalination“ wurde von Chao Chang, Min Liu, Lilin Pei, Guowei Chen, Zongyu Wang und Yulong Ji verfasst. Der Artikel erscheint am 27. April 2021 in AIP Advances (DOI: 10.1063/5.0047390). Nach diesem Datum kann es unter https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0047390 abgerufen werden.

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10.1063/5.0047390

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