Nanostruktur desinfiziert Wasser mit Solarenergie
Forscher des Department of Energy National Accelerator Laboratory (SLAC) an der Stanford University haben eine neuartige Nanostruktur entwickelt, die Wasser wesentlich schneller und gründlicher desinfiziert als bisher gängige Methoden. Das winzige Gerät, das ungefähr so groß ist wie eine Briefmarke, nutzt Solarenergie, um eine chemische Reaktion auszulösen, die in knapp 20 Minuten knapp 100 Prozent der schädlichen Bakterien in der Flüssigkeit zerstört. Nach getaner Arbeit lösen sich die bei diesem Prozess entstehenden Chemikalien einfach auf und zurück bleibt reines Trinkwasser.
15.09.2016
"In vielen Regionen der Welt besteht die einzige Möglichkeit, Keime sicher aus dem Wasser zu bekommen, darin, es abzukochen oder es lange in Plastikflaschen in die Sonne zu stellen, damit die ultraviolette Strahlung die darin enthaltenen Mikroben abtötet", beschreibt das Forscherteam der Universität die Ausgangsproblematik. Doch beide bekannten Methode hätten gravierende Nachteile: Entweder wird zu viel kostbare Energie vergeudet oder das Ganze dauert zu lange. "Weil UV-Strahlen nur vier Prozent der Sonnenenergie besitzen, braucht die UV-Methode zwischen sechs und 48 Stunden. Das schränkt die Menge an Wasser, die man auf diese Weise desinfizieren kann, stark ein", so die Wissenschaftler.
Mithilfe des neuen Geräts lässt sich der Desinfiziervorgang deutlich beschleunigen. Der Clou: Die speziell entwickelte Nanostruktur ist in der Lage, nicht nur vier, sondern bis zu 50 Prozent der Sonnenenergie zu nutzen, was die chemische Aufbereitung immens beschleunigt. "Unser Gerät sieht aus wie ein kleines Rechteck aus schwarzem Glas. Man braucht es nur ins Wasser fallen lassen und die Sonne die ganze Arbeit erledigen lassen", erklärt Materialforscherin und SLAC-Projektleiterin Chong Liu.
Einzigartige Struktur
Unter einem Elektronenmikroskop betrachtet, zeigt sich die besondere Struktur des innovativen Geräts. Diese weist viele nahe beieinander liegende dünne Linien auf, die von den Forschern "Nanoflakes" genannt werden. Sie bestehen aus Molybdändisulfid, einem Material, das ansonsten häufig als industrielles Schmiermittel eingesetzt wird. "Wenn diese Teile in der richtigen Stärke angeordnet werden, können wir damit das gesamte sichtbare Spektrum der Sonnenenergie anzapfen", erklärt Liu.
Auf den Nanoflakes liegt zudem ein dünner Film aus Kupfer, der als Katalysator fungiert. "Dadurch können wir genau die chemischen Reaktionen auslösen, um etwa Stoffe wie Wasserstoffperoxid zu erzeugen, die gerne als Desinfektionsmittel verwendet werden, um schädliche Bakterien im Wasser zu eliminieren", erläutert die Wissenschaftlerin.
Noch kein Allheilmittel
Liu zufolge stellt die neuartige Methode zur Aufbereitung allerdings kein Allheilmittel zur Lösung der Trinkwasserproblematik dar: "Bislang haben wir dieses Verfahren lediglich mit drei unterschiedlichen Bakterienstämmen getestet, die in relativ geringen Wassermengen im Labor gemischt worden sind und nicht mit den komplexen Mixturen von Verunreinigungen, wie wir sie in der realen Welt vorfinden." Doch entsprechende weiterführende Tests und Experimente seien bereits in Vorbereitung. "Es ist aber schon jetzt sehr aufregend zu sehen, was alles möglich ist, wenn man ein Material genau nach seinen Wünschen designen kann", so Liu.
