Forschung: Sauberes Wasser für jeden dank neuem Verfahren

Ein Forschungsteam hat einen Schwamm entwickelt, der Wasser von Schadstoffen befreit. Mittels Sonnenlicht wird das saubere Wasser abgegeben.

Artikel veröffentlicht am 10. Februar 2023, 15:15 Uhr, Patrick Klapetz

Die Forscherinnen Néhémie Guillomaitre und Xiaohui Xu halten eine Probe des Solarabsorbergels, das wie ein Schwamm sauberes Wasser aufsaugt und Schadstoffe herausfiltert. (Bild: Bumper DeJesus, Universität Princeton)

Eine Forschungsgruppe der Universität Princeton hat ein Verfahren entwickelt, das Menschen Zugang zu sauberem Wasser gewähren soll - und das überall auf der Welt. Dafür hat das Team an der nächsten Generation seiner Solarabsorber-Gel-Technologie gearbeitet.

Das schwammartige Gel ist kostengünstig, einfach zu handhaben und benötigt nur Sonnenlicht, um Schadstoffe wie Schwermetalle, Öle, Mikroplastik und einige Bakterien aus dem Wasser zu filtern. Dies mache es zu einer Alternative für die netzunabhängige Wasseraufbereitung, heißt es in der Pressmitteilung der Universität.

Im Gegensatz zur ersten Generation, die im Jahr 2021 entwickelt wurde, weist das neue Gerät eine fast vierfache Steigerung der Filtrationsrate auf. Ein Quadratmeter des nur einen Zentimeter dicken Materials kann in zehn Minuten mehr als eine Gallone Wasser (das entspricht 3,785 Litern Wasser) produzieren. Damit könnte in vielen Teilen der Welt genug sauberes Wasser für den täglichen Bedarf bereitgestellt werden.

"Es gab viele Bemühungen, eine Technologie zu entwickeln, die Solarenergie nutzt, um sauberes Trinkwasser zu erzeugen, aber sie reichen oft nicht aus, um den täglichen Bedarf zu decken", sagte Rodney Priestley, Dekan der Graduiertenschule. Mit der neuen Generation der Solarabsorber-Gel-Technologie soll dies aber möglich sein.

Einfach anwendbar: Rein ins Wasser, rauf auf die Fensterbank

Wer die Technologie verwenden will, braucht keine großartige Schulung und Einweisung. Benutzer werfen das schwammartige Gerät einfach in eine Wasserquelle, bis es gesättigt ist. Dann nehmen sie es aus dem Wasser, legen es ins Sonnenlicht und warten, bis es gefiltertes Wasser abgibt. Das Gel kann in der Mittagssonne rund 70 Prozent des aufgenommenen Wassers in zehn Minuten abgeben.

Das Gel besteht aus einem als Poly(N-Isopropylacrylamid) oder PNIPAm bekannten Polymer. Dieses kann je nach Temperatur Wasser aufnehmen oder abgeben. Unter 33 Grad Celsius wirkt das Hydrogel wie ein Schwamm, der Wasser aus einer Quelle wie einem See aufnimmt. Wird das Hydrogel jedoch aus dem Wasser genommen und durch Sonnenlicht auf eine Temperatur von über 33 Grad Celsius erwärmt, beginnt es, das Wasser wieder abzugeben.

Schadstofffreie Filtertechnik

Die Filterung der Schadstoffe gelingt durch die Hinzugabe von Polymeren wie Polydopamin (PDA) auf der Oberfläche des Gels. Durch die Synthese des Polymers in einer Mischung aus Wasser und Ethylenglykol konnte das Forschungsteam den neuen Schwamm so verändern, dass es eine stärker vernetzte, faserige Struktur erhielt.

Bei der Weiterentwicklung des Schwammes führte das Forschungsteam Poly(sulfobetainmethacrylat), kurz PSBMA, hinzu. Es ist nicht nur effizienter beim Filtrieren, sondern verbindet sich auch fest mit den Wassermolekülen an der Oberfläche des Gels, um eine Hydratationsschicht zu bilden, die Öl und Bakterien abweist. Dadurch ist der Schwamm zudem selbstreinigend.

"Im Idealfall könnte diese Technologie eines Tages von allen genutzt werden, die sich um ihre Wasserqualität sorgen, unabhängig davon, wo sie leben", sagte die Studien-Mitautorin Néhémie Guillomaitre.

Der Artikel Quick Release Anti-Fouling Hydrogels for Solar-Driven Water Purification (deutsch: Schnell ablösende Anti-Fouling-Hydrogele für die solarbetriebene Wasseraufbereitung) wurde am 8. Februar in ACS Central Science veröffentlicht.