Volker Presser sieht, dass es Energiewende und nachhaltige Wassernutzung miteinander zu verbinden gilt. (Bildquelle: Uwe Bellhäuser, INM)
Salz ist nicht nur Bestandteil von Meerwasser, es findet sich zum Beispiel auch in Industrieabwässern. Gelangen sie in Flüsse steigt deren Salzgehalt. Aber auch Seen und nicht zuletzt das Grundwasser sind betroffen. Um dieses sogenannte Brackwasser von Salzen zu reinigen, haben sich elektrochemische Verfahren bewährt. Diese Verfahren kommen gänzlich ohne Zusatz von Chemikalien aus. Zudem sind sie extrem energieeffizient – ganz anders als das weit verbreitete Verfahren der Umkehrosmose.
Das elektrochemische Verfahren der ersten Generation, die Wasseraufbereitung mittels Ionenelektrosorption oder Capacitive Deionisation (CDI) ist seit 1960 bekannt. Hier kommen Elektroden aus Aktivkohle zum Einsatz. Die Salzausbeute liegt bei etwa 20 mg bezogen auf ein Gramm Elektrodenmaterial. Bei dem seit 2012 eingesetzten Verfahren der zweiten Generation, dem Faradaic Deionisation (FDI) kommen sogenannte Ladungstransfermaterialien zum Einsatz, wie man sie auch in Batterien findet. Mit dieser Methode lassen sich die Menge der abgeschiedenen Salze immerhin schon um das Zehnfache steigern.
Erstautor Pattarachai Srimuk ist Postdoc am INM. (Bildquelle: Uwe Bellhäuser, INM)
Mit dieser Ausbeute gaben sich die Forscher vom INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien und der Universität des Saarlandes aber nicht zufrieden: „Um noch höhere Entsalzungskapazitäten zu erreichen, ist es notwendig, elektrochemische Prozesse und Materialien mit einer wesentlich höheren Ladungsspeicherkapazität zu nutzen, da die Salzentfernung direkt mit dieser Eigenschaft korreliert“, erläutert Materialwissenschaftler Presser. Pattarachai Srimuk, Erstautor des Artikels und Postdoc am INM, ergänzt: „Bei der Suche nach einer elektrochemischen Entsalzungstechnologie der dritten Generation ließen wir uns von der Metall-Luft-Batterietechnologie inspirieren und führten die Zink-Luft-Entsalzung ein. Die daraus resultierende Entsalzungsleistung ist mit 1300 mg pro Gramm Elektrodenmaterial allen bisher berichteten CDI- und FDI-Verfahren weit überlegen und eröffnet ganz neue Wege und Möglichkeiten.“
Die Methode zur Zink-Luft-Entsalzung ist dabei nur ein Schritt in Richtung einer neuen Technologiefamilie. Die INM-Innovation lässt sich auch auf andere Metall-Luft-Batteriesysteme erweitern. Presser ist sich sicher: „Nur solche neuen Methoden werden in der Lage sein, Energiewende und nachhaltige Wassernutzung miteinander zu verbinden.“ (jhn)