Dritten Generation der elektrochemischen Wasserentsalzung

Mit sein­er Forschungs­gruppe hat Volk­er Press­er, Leit­er des Pro­gramm­bere­ichs Energie-Mate­ri­alien am INM — Leib­niz-Insti­tut für Neue Mate­ri­alien in Saar­brück­en und Pro­fes­sor für Energie-Mate­ri­alien an der Uni­ver­sität des Saar­lan­des, einen Durch­bruch auf dem Gebi­et der elek­tro­chemis­chen Wasser­entsalzung erzielt. In der aktuellen Aus­gabe des Fachjour­nals Elec­tro­chem­istry Com­mu­ni­ca­tions stellen er und seine Ko-Autoren die neuar­tige Meth­ode der Zink-Luft-Entsalzung (ZAD) vor, die im Ver­gle­ich zu vorherge­hen­den Ver­fahren wesentlich größere Men­gen an Salz aus dem Wass­er entfernt.

Salz ist nicht nur Bestandteil von Meer­wass­er, es find­et sich zum Beispiel auch in Indus­trieab­wässern, die in vie­len Fällen in Flüsse ein­geleit­et wer­den. Dadurch steigt der Salzge­halt der Flüsse selb­st, 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, bei dem Salz und Wass­er separi­ert wer­den, indem das zu reini­gende Wass­er unter hohem Energieaufwand durch eine Mem­bran gedrückt wird.

Das elek­tro­chemis­che Ver­fahren der ersten Gen­er­a­tion, die Wasser­auf­bere­itung mit­tels Ionenelek­trosorp­tion (Capac­i­tive Deion­i­sa­tion, CDI) ist seit 1960 bekan­nt. Hier kom­men Elek­tro­den aus Aktivkohle zum Ein­satz und die Salzaus­beute liegt bei etwa 20 mg bezo­gen auf ein Gramm Elek­tro­den­ma­te­r­i­al. Bei dem seit 2012 einge­set­zten Ver­fahren der zweit­en Gen­er­a­tion (Farada­ic Deion­i­sa­tion, FDI) wer­den soge­nan­nte Ladungstrans­fer­ma­te­ri­alien ver­wen­det, wie man sie auch in Bat­te­rien find­et. Mit dieser neuen Meth­ode kon­nte die Menge der abgeschiede­nen Salze immer­hin schon um das Zehn­fache gesteigert werden.

Mit der erre­icht­en Aus­beute gaben sich die Saar­brück­er Forsch­er 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. Volk­er Press­er ist sich sich­er: „Nur solche neuen Meth­o­d­en wer­den in der Lage sein, Energiewende und nach­haltige Wasser­nutzung miteinan­der zu verbinden.“