Cambridge: Neues Solargerät soll Schmutzwasser reinigen und sauberen Kraftstoff produzieren
Ein Team von Forscher:innen hat ein schwimmendes, solarbetriebenes Gerät entwickelt, das nicht nur kontaminiertes Wasser, sondern auch Meerwasser in sauberen Wasserstoffbrennstoff und gereinigtes Trinkwasser umwandeln kann. Diese Entwicklung könnte insbesondere in ressourcenbeschränkten oder netzunabhängigen Umgebungen von großem Nutzen sein. Das Gerät sei nämlich vielseitig einsetzbar, da es mit jeder verfügbaren offenen Wasserquelle arbeiten könne und dabei keine externe Stromquelle erfordern würde.
Inspiriert von der Photosynthese
Das an der Universität Cambridge entwickelte Gerät orientiert sich an der Idee der Photosynthese, bei der Pflanzen Sonnenlicht in Nahrung umwandeln. Im Unterschied zu älteren Modellen des sogenannten „künstlichen Blattes“, die nur mit sauberem Wasser funktionieren, soll das neue Tool auch mit verschmutztem Wasser umgehen können.
Die Ergebnisse der Studie von Chanon Pornrungroj, Ariffin Bin Mohamad Annuar, Qian Wang, Motiar Rahaman, Subhajit Bhattacharjee, Virgil Andrei & Erwin Reisner wurden in der Zeitschrift Nature Water veröffentlicht.
Die innovative Technologie im Detail
Wie das Ganze im Detail funktioniert? Das Tool verwendet einen speziellen Stoff namens Photokatalysator, der auf einem feinen Kohlenstoffnetz sitzt. Dieses Netz kann nicht nur Licht, sondern auch Wärme effektiv einfangen und erzeugt den Dampf, der für die Produktion von Wasserstoff benötigt wird. Ein durch wasserabweisende Behandlung geschütztes, poröses Kohlenstoffnetz sorgt dafür, dass der Photokatalysator frei von Verunreinigungen bleibt und eine optimale Leistung erzielt.
Darüber hinaus zeichnet sich das Gerät durch eine verbesserte Nutzung von Sonnenenergie im Vergleich zu älteren Modellen aus. Eine weiße Schicht auf der Vorrichtung absorbiert UV-Licht und nutzt den Großteil des Sonnenspektrums für die Wasserstoffproduktion. Das überschüssige Licht wird geschickt auf die Unterseite des Geräts gelenkt, um Wasser verdampfen zu lasse
„Wir ahmen wirklich ein echtes Blatt nach, da wir nun den Prozess der Transpiration einbeziehen konnten“, erklärt Co-Hauptautor Ariffin Mohamad Annuar.
Tests zeigen erste vielversprechende Ergebnisse
Erste Tests an der Universität Cambridge sollen klar bewiesen haben, dass es in der Lage sei, auch aus stark verschmutztem Wasser, wie Meerwasser und sogar Wasser aus dem Fluss Cam im Zentrum von Cambridge, sauberes Wasser und Sauerstoff zu erzeugen. „Es ist eigentlich schwierig, die Herstellung solarer Brennstoffe und die Wasseraufbereitung in einem einzigen Gerät zu vereinen“, erklärt Dr. Chanon Pornrungroj vom Yusuf Hamied Department of Chemistry in Cambridge und Co-Hauptautor der Studie.
Er fügt hinzu: „Die Wasserspaltung muss normalerweise mit völlig reinem Wasser beginnen, um den Katalysator nicht zu vergiften. In abgelegenen Regionen, in denen sauberes Wasser knapp ist, ist dies äußerst schwierig. Aber unser Gerät ist sehr tolerant gegenüber Schadstoffen und das schwimmende Design ermöglicht es dem Substrat, auch in sehr trübem oder schlammigem Wasser zu wirken.“
Internationale Unterstützung für wegweisendes Forschungsprojekt
Das Forschungsprojekt erhielt Unterstützung von verschiedenen Quellen, darunter das renommierte Horizon 2020-Programm der Europäischen Kommission, der Europäische Forschungsrat, der Cambridge Trust, das Petronas Education Sponsorship Programme und das Winton Program for the Physics of Sustainability. Professor Erwin Reisner ist als Fellow dem St. John’s College zugeordnet, während Chanon Pornrungroj und Ariffin Mohamad Annuar Mitglieder des Darwin College bzw. des Clare College sind.
Weltweite Energie- und Wasserkrise besser bewältigen
„Unser Gerät ist ein Beweis des Prinzips, aber solche Lösungen werden entscheidend sein, um eine echte Kreislaufwirtschaft und eine nachhaltige Zukunft zu entwickeln. Die Klimakrise, Umweltverschmutzung und Gesundheitsprobleme sind miteinander verbunden, und die Entwicklung eines Ansatzes, der dabei helfen könnte, alle diese Probleme anzugehen, wäre von entscheidender Bedeutung“, betont Professor Erwin Reisner, der das Forschungsprojekt leitete.
Ein Tool, das also allein mit Solarenergie gleichzeitig sauberen Kraftstoff und sauberes Wasser erzeugen kann, könnte dazu beitragen, die weltweite Energie- und Wasserkrise zu bewältigen. Weltweit sterben jedes Jahr über drei Millionen Menschen an den Folgen der Luftverschmutzung in Innenräumen, die durch den Einsatz von schmutzigen Brennstoffen wie Kerosin verursacht wird. Die Nutzung von grünem Wasserstoff könnte dazu beitragen, diese Zahl erheblich zu reduzieren. Darüber hinaus haben 1,8 Milliarden Menschen weltweit immer noch keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser.
