„Kugelfisch-Gel-Schwamm“ filtert kontaminiertes Wasser

Die weltweite Nachfrage nach sauberem und sicherem Wasser wird bis weit ins 21. Jahrhundert hinein weiter wachsen. In Zukunft wird sich der fehlende Zugang zu sauberem Wasser angesichts des Klimawandels weiter verschlechtern. Daher müssen Innovationen die Nutzung von Trinkwasser aus kontaminierten Quellen ermöglichen und zugleich nachhaltig sein. Forschende der Universität Princeton haben ein Solar-Absorber-Gel (SAG) entwickelt, das wie ein Schwamm funktioniert, um Wasser aus kontaminierten Quellen nur mit natürlichem Sonnenlicht zu reinigen.

Bionik half bei der Ideenfindung und führte zum „Kugelfisch-Filter“

Das Gerät ähnelt einem großen Schwamm, der Wasser aufnimmt, aber Verunreinigungen wie Blei, Öl und Krankheitserreger zurücklässt. Um das gereinigte Wasser aus dem Schwamm zu sammeln, setzt man es einfach in Sonnenlicht. Die Inspiration kam vom Kugelfisch, einer Spezies, die Wasser aufnimmt, um ihren Körper bei Bedrohung anzuschwellen, und dann Wasser freisetzt, wenn die Gefahr vorüber ist, erklären die Forscher.

Das Gel wird solange in das kontaminierte Wasser gelegt, bis es vollgesogen ist, anschließend in die Sonne gelegt und absorbiert die Schadstoffe bei Temperaturen von 33 Grad Celsius, das gereinigte Wasser tropft schließlich in einen Auffangbehälter.

Das Solar-Absorber-Gel (SAG) besteht aus einem elastischen thermoresponsiven Poly-Hydrogel, einer photothermischen Polydopamin-Schicht und einem Natriumalginat-Netzwerk. Die Produktion der SAG sei einfach, berichten die Forscher im Fachmagazin Adavanced Materials. Die gesamte Verarbeitung erfolgt demnach auf wässriger Basis bei Raumtemperatur. Letztlich soll das SAG Wasser aus verschiedenen Quellen, die kleine Moleküle, Öle, Metalle und Krankheitserreger enthalten, nur mit Sonnenlicht reinigen können. Die SAG stützt sich demnach auf Sonnenenergie, um eine hydrophile / hydrophobe Phasenumwandlung bei der niedrigeren kritischen Lösungstemperatur zu bewirken. Da der Reinigungsmechanismus keine Wasserverdampfung erfordert, was nicht nur ein energieintensiver Prozess ist, sondern auch Wasserverluste erzeugt, ist die passive solare Wasserreinigungsrate deutlich höher als es mit Verdampfung der Fall wäre. Die Forscher*innen berichten, dass das Gel seine Fähigkeit beibehält, Wasser für mindestens zehn Einweich- und Entladezyklen zu filtern, ohne dass eine Leistungsminderung erkennbar ist. Zu den Kosten werden keine Aussagen gemacht, aber die Forscher erklären es als eine „low-cost“-Lösung, nicht zuletzt wegen des Solar-Betriebs und des Verzichts auf Großanlagentechnik.

Autarke Versorgungslösung für sonnenreiche Regionen mit verunreinigten Wasserressourcen

Diese Entdeckung soll die nachhaltige Produktion von sauberem Wasser zur Verbesserung der Lebensqualität des Menschen verändern, heißt es in dem Statement der Forscher der Universität Princeton. Das klingt nach einer einfachen und preiswerten Lösung für die Reinigung von Wasser, um die Trinkwasserversorgung in sonnenreichen Regionen zu verbessern. Insbesondere die Unabhängigkeit von Netz-Infrastrukturen sowohl bei der Betriebsenergie als auch beim Wasser, klingt viel versprechend. Den Forschern zufolge sollen auch größere Anlagen mit dem Prinzip funktionieren und Dorfgemeinschaften versorgen können. Ein Problem kann auch der „Kugelfisch-Filter“ nicht lösen: das Wasser muss vorhanden sein.

Das kontaminierte Wasser wird in dem Gel an der Deckelseite des Behälters gereinigt und tropft durch die Sonneneinstrahlung initiiert in das Behältnis hinein.

Quellen

Beitragsfoto: liggrafik auf Pixabay

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