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Eine neue Methode der Meerwasserentsalzung mit Hilfe von Hydrogelen

Im diesem Forschungsprojekt geht es um eine besondere Klasse der Polymere: die Hydrogele. Sie enthalten hydrophile Gruppen und sind außerdem vernetzt, so dass sie ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Dadurch können sie Wasser wie ein Schwamm aufnehmen; nur sehr viel effizienter. Die Kapazität beträgt 100 g Wasser pro 1 g Polymer oder mehr. Diese „Superabsorber“ haben eine Vielzahl von Anwendungen gefunden, von denen die Verwendung in Windeln eine der wichtigsten ist. Wir wollen diese nützlichen Materialien nun auf ein anderes Problem anwenden: die Entsalzung von Wasser. Meerwasser könnte zum

Aufbau zur Meerwasserentsalzung

Bild 1: Schematischer, einfacher Aufbau zur Entsalzung mit Hilfe von Druck.

Trinken oder die Bewässerung von Feldern verwendet werden, wenn es nicht einen zu hohen Gehalt an gelösten Salzen hätte (ca. 35 g/L, hauptsächlich Natriumchlorid). Das Wasser und diese Ionen zu trennen ist von großer Bedeutung, da Wasser heute bereits in vielen Regionen knapp ist.

Da das Netzwerk bereits ionische Gruppen enthält, die fest auf den Polymersträngen sitzen, können diese Ladungen die gelösten Ionen im Seewasser abschirmen. Das Hydrogel wird daher Wasser aufnehmen, das deutlich weniger Salz enthält als die umgebende Lösung. Nach dem das Abtrennen der niedermolekularen Ionen geglückt ist, wird ein zweiter Schritt benötigt, um das Wasser aus dem Gel zurück zu erhalten. Dafür wird ein besonderer Einsatz (Bild 1) für eine Hydraulikpresse verwendet. Durch mechanischen Druck wird das Wasser aus dem Gel, wie aus einem Schwamm herausgedrückt. Das erhaltene Wasser ist nun, im besten Fall, Süßwasser.

 

Typisches Resultat der Entsaltzung
Bild 2: Typisches Resultat eines Entsalzungsversuchs mit erfolgreicher Reduktion des Salzgehalts am Ende.

Dass diese Idee im Prinzip funktioniert konnten wir bereits im Prinzip zeigen (Bild 2) und werden nun einige der Parameter untersuchen, die zur Optimierung des Prozesses eingesetzt werden können. Jedoch ist diese Idee, so ansprechend sie auch sein mag, noch weit von ihrer kommerziellen Umsetzung entfernt. Es ist ein neues Konzept, dessen Potential wir untersuchen werden.
Andere Aspekte dieses Projekts schließen die Synthese von Modellpolymeren für die Hydrogele sowie deren Charakterisierung, v.a. im Hinblick auf ihre mechanische Stabilität, ein.

Weitere Informationen: J. Höpfner, C. Klein, M. Wilhelm, Macromol. Rapid Commun. 2010, 31, 1337.

Danksagung: Für die finanzielle Unterstützung durch die Heinrich-Böll-Stiftung möchten wir uns herzlich bedanken.