Elektronische Desalination Ein Chip soll das Trinkwasserproblem der Erde lösen

Die Weltbevölkerung wächst exponentiell, die Trinkwasservorräte schrumpfen. Meerwasserentsalzung wäre eine Lösung, ist aber teuer. Ein in den USA und Deutschland entwickelter Chip soll das ändern.

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Die Zahlen sind dramatisch: Geschätzte 1/9 der Weltbevölkerung haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, das entspricht etwa 800 Millionen Menschen. Die dramatischen Folgen davon: Jedes Jahr sterben an diesem Mangel an sauberem Trinkwasser mehr als 3,4 Millionen Menschen – 99 Prozent davon in den Entwicklungsländern.

Dabei gibt es eigentlich Wasser genug auf unserem „blauen Planeten“, doch der weit überwiegende Teil davon – rund 97 Prozent – ist Salzwasser, das sich in dieser Form weder als Trinkwasser für Menschen und Tiere noch zur Bewässerung von Feldern eignet.

Einen Ausweg bietet prinzipiell die Entsalzung von Meerwasser. Doch die ist teuer und nicht besonders ökologisch, weil bei den klassischen Methoden wie etwa dem Einsatz von Membranen dazu entweder hoher Druck, starke elektrische Ströme oder hohe Temperaturen notwendig sind.

Auf eine Lösung des Problems scheint nun eine internationale Wissenschaftlergruppe gekommen zu sein, die von Richard Crooks an der University of Texas in Austin und Ulrich Tallarek von der Univerität Marburg angeführt wird. Sie haben einen kunststoffbasierten Halbleiter-Chip entwickelt, bei dem die Entsalzung durch eine Kombination aus Mikrokanälen und einer speziellen Elektrode auf elektrochemischen Weg vollzogen wird.

Bei dem Chip wird Meerwasser durch einen Mikrokanal vom Durchmesser eines menschlichen Haars geleitet. An einer Stelle, an der sich der Kanal verzweigt, ist die Elektrode angebracht. Ein vergleichsweise geringe Spannung von 3 Volt an der Elektrode reicht aus, damit sich der Wasserstrom in einen entsalzten und einen salzhaltigen Kanal aufspaltet.

In einem Forschungsaufsatz, der kürzlich in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ veröffentlich wurde, heißt es in der Zusammenfassung: „Eine bipolare Elektrode (BPE) ist ein elektrisch leitfähiges Objekt, an dessen äußeren Enden elektrochemische Reaktionen ablaufen, ohne dass ein direkter Ohm’scher Kontakt vorhanden sein muss. Es reicht, an eine Elektrolytlösung mit eingetauchter BPE eine Spannung anzulegen, und ab einer bestimmten Potentialdifferenz zwischen BPE und Lösung laufen Oxidations- und Reduktionsreaktionen ab. Meist reicht eine einzige Gleichstromquelle oder sogar nur eine Batterie aus, um selbst sehr große Elektrodenanordnungen mit Spannung zu versorgen.“

Der damit erzielbare Entsalzungs-Grad liegt derzeit erst bei rund 25 Prozent, notwendig für eine Trinkwassergewinnung sind 99 Prozent. Auch der Durchsatz ist mit 40 Nanolitern pro Minute noch bescheiden. Kyle Knust, Hauptautor des Forschungsaufsatzes ist aber zuversichtlich: „Es handelte sich bei dem Chip nur um einen Proof of Concept. Wir haben auch bei Entwicklungen in anderen Bereichen solche Performanz-Entwicklungen gesehen wie sie hier notwendig sind.“ Anders als bei klassischen Entsalzungstechnologien hätte der von ihnen entwickelte Chip eine exzellente Skalierbarkeit aufzuweisen.

Für die Weiterentwicklung der mittlerweile zum Patent angemeldeten Technologie wurde das Startup Okeanos (www.okeanostech.com) gegründet, das bereits über konkreten Anwendungen brütet. CEO Tony Frudakis: „Wir wollen ein System bauen, dass etwa die Größe eines Getränkeautomaten hat und ein ganzes Dorf mit Trinkwasser versorgen kann."

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