Wie wir wissen, mangelt es in manchen Gegenden dieser Welt an sauberem Trinkwasser. Ein Ansatz, um die Bevölkerung mit trinkbarem Wasser zu versorgen, ist die Aufbereitung von Meerwasser. Dafür werden häufig Entsalzungsanalagen eingesetzt. Jedoch verbrauchen diese sehr viel Energie, was einen entscheidenden Nachteil in Hinsicht auf die Kosten und die Nachhaltigkeit darstellt. Forscher der Polytechnischen Universität Hongkong haben nun einen neuen Ansatz entwickelt: ein 3D-gedrucktes Aerogel, das nur mithilfe der Sonne Salzwasser in Trinkwasser verwandelt.
Die Wissenschaftler stützten sich bei ihrer neuen Methode auf eine bereits bekannte Praxis. Dabei werden solarbetriebene Verdampfer aus porösen Materialien eingesetzt. Das Salzwasser verdunstet und der Dampf wird aufgefangen. Beim abgekühlten Dampf handelt es sich dann um entsalztes und trinkbares Wasser. Dieser Ansatz hat allerdings einen Haken: die Skalierbarkeit. Zwar wurden Versuche unternommen, die Verdampfer zu vergrößern, jedoch steigt der Gewinn nicht im gleichen Maße. Der Grund dafür ist, dass der Dampf in großflächigen und dicken Materialien mit winzigen Poren ebenfalls eingefangen wird. Diese Methode ist daher wenig effizient und sehr langsam.
Bild: ACS Energy Letters, Xiaomeng Zhao, Yunfei Yang, Xuemin Yin, Zhuo Luo, Kit-Ying Chan, Xi Shen
Die Wissenschaftler der Polytechnischen Universität Hongkong rund um Xi Shen gingen daher einen Schritt weiter. Sie entwickelten aus Zellulose-Nanofasern und Kohlestoff-Nanoröhrchen ein Aerogel. Dieses wird dann per „gefrorenem 3D-Druck“ in Form gedruckt. Das Gel wird wie üblich Schicht um Schicht aufgetragen und sofort schockgefrostet. Sobald eine Schicht ausgehärtet ist, wird die nächste aufgetragen. Auf diese Weise werden Strukturen mit durchgehenden, vertikalen Kanälen und hauchdünnen Wänden gedruckt. Das Material erinnert an einen Schwamm mit vertikalen Löchern, die jeweils etwa 20 Mikrobreit sind.
Solarenergie und 3D-gedruckte Aerogel-Strukturen schaffen sauberes Trinkwasser
Laut der im Fachmagazin ACS Energy Letters publizierten Studie testeten die Forscher quadratische Aerogel-Strukturen in verschiedenen Größen. Diese wurden einem Außentest unterzogen, indem die „Schwämme“ in einen Becher mit Meerwasser gelegt wurden und mit transparentem Kunststoff abgedeckt wurden. Das Sonnenlicht erwärmte die Oberfläche und ließ das Wasser (nicht aber das Salz) verdunsten. Der Wasserdampf sammelte sich auf der Kunststoffoberfläche und wurde mithilfe eines Trichters in einen Behälter geleitet.
Die bisherigen Resultate sind äußerst vielversprechend. So konnten die Forscher einige Esslöffel Trinkwasser gewinnen, dessen Qualität über einen längeren Zeitraum gleich blieb. Darüber hinaus stellten sie fest, dass der Wasserdampf schnell durch die Struktur entweicht, auch wenn die Struktur der Aerogel-Fläche größer ausfällt. Das heißt, der Ansatz ist tatsächlich skalierbar. In einem Test konnte belegt werden, dass der Leistungsverlust durch die Skalierung nur bei etwa 5 % liegt und nicht wie bei anderen Materialien über 40 %.
Bild: ACS Energy Letters, Xiaomeng Zhao, Yunfei Yang, Xuemin Yin, Zhuo Luo, Kit-Ying Chan, Xi Shen
In einem weiteren Schritt müssen nun Tests unter realen Bedingungen durchgeführt werden. Für die Wissenschaftler ist es von zentraler Bedeutung herauszufinden, wie oft das Aerogel-Material gewechselt werden muss und wie seine langfristige Leistungsfähigkeit ausfällt. Mehr zu dieser Studie finden Sie HIER.
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