Membran aus Holz ersetzt bei der Entsalzung gängige Kunststofffilter Holzfilter entsalzt Meerwasser - scinexx | Das Wissensmagazin
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Holzfilter entsalzt Meerwasser

Membran aus Holz ersetzt bei der Entsalzung gängige Kunststofffilter

Holzfilter
Gebleichtes und speziell behandeltes Lindenholz, aus dem die Forscher die Destillationsmembran herstellten. © D. Hou/ University of Colorado Boulder

Aus Salz- wird Trinkwasser: Forscher haben einen Filter aus Holz entwickelt, der Trinkwasser aufbereiten kann. Diese Holzmembran hält dank ihrer porösen Struktur flüssiges Wasser und Salzmoleküle zurück, lässt aber Wasserdampf hindurch. Damit eignet sie sich zur Entsalzung von Meerwasser – und ist dabei umweltfreundlicher und einfacher herzustellen als bisher gängige Membranen aus Kunststoff.

Trinkwasser ist ohne Frage eine der wichtigsten Lebensgrundlagen. Doch diese wertvolle Ressource versiegt zunehmend: Schätzungen der Vereinten Nationen zufolge lebt schon jetzt fast die Hälfte der Weltbevölkerung in Regionen, die mindestens einen Monat pro Jahr von Wasserknappheit bedroht sind. Durch Entwicklungen wie den Klimawandel und die Urbanisierung könnte diese Zahl in Zukunft weiter steigen.

Was also tun? Auf der Suche nach neuen Trinkwasserquellen rücken inzwischen Meerwasser und brackiges Grundwasser mehr und mehr in den Fokus. Denn sie lassen sich mithilfe von Entsalzungsverfahren trinkbar machen. Dies funktioniert zum Beispiel mit Methoden wie der Membrandestillation, bei der Salzwasser erhitzt wird und verdunstet. Der entstehende Wasserdampf diffundiert dabei durch die Poren einer Membran und wird auf der Rückseite kondensiert, während flüssiges Wasser und Salz zurückgehalten werden.

Nachwachsendes Material

Die für dieses Verfahren gängigen Membranen bestehen in der Regel aus synthetischen Polymeren wie dem Kunststoff Polypropylen. Das Problem: Die Herstellung dieser Materialien ist aufwändig und noch dazu sind sie alles andere als umweltfreundlich. Wissenschaftler um Dianxun Hou von der University of Colorado in Boulder haben deshalb nun nach einer Alternative gesucht – mit Erfolg.

Die Forscher haben den ersten für die Membrandestillation konzipierten Filter entwickelt, der aus einem nachwachsenden Material besteht: Holz. Für ihr Produkt verwendeten sie Holz der Amerikanischen Linde (Tilia americana), eine leichte und weit verbreitete Holzart. Um dieses Material in eine Membran zu verwandeln, kochten sie das Holz aus, bleichten es und behandelten es dann mit Chemikalien, die die zuvor hydrophilen Zellulosefasern wasserabweisend machten. Das verhindert unter anderem ein Aufquellen der Holzfilter.

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Porös und flexibel

Durch diese Behandlung wurden auch Moleküle wie Lignin und Hemizellulose aus dem Lindenholz entfernt, sodass viele Hohlräume entstanden, aber die feine Nanostruktur der Zellulose-Holzfasern im Prinzip erhalten blieb. Das Ergebnis war ein besonders poröses und flexibles Material – perfekt für eine Destillationsmembran.

Wie das Team um Hou berichtet, erwies sich der Holzfilter in ersten Praxistests als vielversprechend. Demnach funktionierte der Transport des Wasserdampfs einwandfrei und thermisch besonders effizient. Um die Übertragbarkeit auf den industriellen Maßstab zu beweisen, fertigten die Forscher eine Reihe von Membranen mit Längen von über 15 Zentimetern und einer Dicke von unter 500 Millimetern. „Anstatt komplexer Fabrikationsprozesse wie bei Polypropylen kann unsere Nanoholz-Membran durch einfache chemische Behandlung hergestellt werden“, konstatieren sie.

Alternative zu Polymeren

In Zukunft wollen die Wissenschaftler daran arbeiten, ihren Holzfilter weiter zu verbessern und auch das Herstellungsverfahren zu optimieren. Sie sind sich jedoch schon jetzt sicher: Das neue Membranmaterial könnte eine echte Alternative zu den bisherigen Varianten aus Erdöl-basierten Polymeren werden und in Regionen mit Wassermangel für das so dringend benötigte Trinkwasser sorgen – ob an der Westküste der USA, im Mittleren Osten oder in Afrika. (Science Advances, 2019; doi: 10.1126/sciadv.aaw3203)

Quelle: AAAS

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