Wasser mit Nanopartikeln reinigen

Das Hinzufügen von Nanopartikeln zu einer Wasserreinigungsmembran kann deren Effizienz verdoppeln, so ein Start-up-Unternehmen mit Sitz in Los Angeles. Angesichts des weltweit steigenden Wasserverbrauchs und der begrenzten Verfügbarkeit von Frischwasser hat das Unternehmen, NanoH2O , sagt, sein neuartiger Ansatz könnte eine solche Reinigungstechnologie zu einer praktikablen Lösung für ein wachsendes Problem machen.



Unter Druck: Die von NanoH2O entwickelte Membran lässt bei gleichem Druck mehr Wasser durch. Dadurch sinkt der Energiebedarf um rund 20 Prozent, sagt CEO Jeff Green.

Umkehrosmose – die Zufuhr von Wasser durch eine semipermeable Membran, um Verunreinigungen herauszufiltern – wird allgemein als die effektivste Methode zur Entsalzung von Wasser angesehen. Sie ist jedoch sehr energieintensiv und damit teuer, da Wasser unter Druck durch die Membran gepresst werden muss. Eine wesentliche Möglichkeit zur Kostenreduzierung besteht darin, den Wasserdurchsatz bei gleichem Druck zu erhöhen. Aber seit vielen Jahren waren Verbesserungen in der Membrantechnologie bestenfalls inkrementell, sagt Jeff Green , NanoH2O Gründer und Geschäftsführer.





NanoH2O hat herausgefunden, dass die Zugabe von porösen Nanopartikeln zu Membranen die Effizienz, mit der Wasser gefiltert werden kann, dramatisch erhöhen kann. Bei ähnlichem Druck gehe doppelt so viel Wasser durch, sagt Green. In einer Entsalzungsanlage würde diese erhöhte Durchlässigkeit den Energiebedarf um 20 Prozent senken oder die Wasserproduktivität bei gleichen Kosten um 70 Prozent steigern, fügt er hinzu.

Das Konzept ist gut, sagt Benito Mariñas , Umweltingenieurin an der University of Illinois in Urbana-Champaign. Eine Entsalzung auf Membranbasis wird normalerweise nur dann in Betracht gezogen, wenn die Süßwasserversorgung den Bedarf nicht decken kann. Aber da die Nachfrage steigt und nur 1 Prozent des weltweiten Süßwassers für den menschlichen Gebrauch zur Verfügung steht, werden solche Technologien laut Mariñas an Bedeutung gewinnen. Derzeit verwenden wir Membranen für die Meerwasserentsalzung nicht so oft wie möglich, vor allem aufgrund des Energiebedarfs.

Das für die Umkehrosmose verwendete Material ist normalerweise eine organische Dünnschichtmembran, typischerweise ein mit winzigen Löchern perforiertes Polyamidmaterial. Diese Löcher sind klein genug, um Wasser durchzulassen, aber sie blockieren Salz und andere Verunreinigungen. Der Ansatz von NanoH2O basiert auf Forschungen von Eric Hoek , ein Umweltingenieur an der University of California, Los Angeles, soll käfigartige Nanopartikel aus Alumosilikat-Mineralien, sogenannten Zeolithen, in die Membran einbetten. Diese Partikel haben einen Durchmesser von maximal 200 Nanometern – das entspricht in etwa der Dicke der Membran.



Durch die Einbettung der Nanopartikel werden die Eigenschaften der Membran verändert, sie wird hydrophil bzw. wasseranziehend, sodass Wasser leichter durchdringt. Entscheidend ist jedoch, dass die Membran ihre Fähigkeit behält, Verunreinigungen herauszufiltern, sagt Green.

NanoH2O befindet sich seit der Gründung des Unternehmens im Jahr 2005 in einer Forschungsphase. Anfang dieses Monats sicherte es sich jedoch 15 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln zur Kommerzialisierung seiner Technologie. Laut Green wird das Unternehmen nun die Produktion hochfahren, um seine Technologie bis 2010 auf den Markt zu bringen.

Mariñas sagt, es gebe großes Interesse an der Verwendung anorganischer hydrophiler Materialien für die Umkehrosmose, aber kein anderes Design wurde kommerzialisiert. Ein Grund dafür, sagt er, sei, dass die meisten hydrophilen Materialien dazu neigen, Verunreinigungen schlecht herauszufiltern. Die Tatsache, dass dieses Unternehmen einen Hybrid herstellt, der nicht ausschließlich aus hydrophilem Material besteht, ist sehr interessant, sagt er.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil, so Green, sei, dass die von NanoH2O entwickelten Nanopartikel eine dreidimensionale poröse Struktur aufweisen. Dies bedeutet, dass man sich im Gegensatz zu einigen anderen untersuchten porösen hydrophilen Materialien keine Gedanken darüber machen muss, wie sie innerhalb der Membran ausgerichtet sind, um Wasser durchzulassen.



Der eingebettete Ansatz von NanoH2O ist auch mit bestehenden Herstellungsprozessen kompatibel, sagt Green und erhöht die Produktionskosten um nur 5 Prozent.

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