Zusatzstofffreie und salzabwasserfreie solarthermische Entsalzung mit gleichzeitiger vollständiger Mineralentnahme aus Meerwasser

Sonnenlicht und Meerwasser in Trinkwasser verwandeln

Viele Küstengemeinden stehen vor einem paradoxen Problem: Sie sind vom Meer umgeben, haben aber keinen Zugang zu sicherem Trinkwasser. Diese Studie beschreibt einen neuen Weg, Meerwasser nur mit Sonnenenergie in Süßwasser zu verwandeln und gleichzeitig nützliche Mineralien aus dem Meer zu gewinnen. Der Ansatz vermeidet die verschmutzende Abfallbrine, die viele heutige Entsalzungsanlagen erzeugen, und zielt auf einen saubereren und effizienteren Weg zu gesichertem Wasser und wertvollen Rohstoffen.

Warum herkömmliche Entsalzung nicht ausreicht

Konventionelle Entsalzungsanlagen, etwa auf Basis von Umkehrosmose, verbrauchen viel Energie und geben große Mengen konzentrierter Brine, oft mit Chemikalien versetzt, in die Umwelt ab. Diese Brine kann Meereslebewesen, Küstenökosysteme und sogar Grundwasser schädigen. Gleichzeitig enthält Meerwasser enorme Mengen gelöster Mineralien, darunter einige, die an Land selten und wertvoll sind. Idealerweise würde ein einziges System Süßwasser liefern, gelöste Salze in feste Form überführen und dies ohne flüssige Abfallentsorgung leisten.

Ein sonnengetriebenes Metallpaneel, das vom Meer trinkt

Um diese Herausforderung zu lösen, entwickelten die Forscher ein spezielles Metallpaneel, das sowohl Meerwasser aufnimmt als auch Sonnenlicht einfängt. Sie nutzen ein schnelles Laserbearbeitungsverfahren, um die Oberfläche dünner Aluminiumbleche in Waldstrukturen aus winzigen Rillen mit noch kleineren Strukturen zu formen. Diese Behandlung macht das Metall pechschwarz und stark lichtabsorbierend, sodass nahezu das gesamte einfallende Sonnenlicht in Wärme umgewandelt wird. Außerdem wird die Oberfläche extrem kapillaraktiv, sodass ein dünner Wasserfilm durch die Rillen bergauf klettern kann, angetrieben von Kapillarkräften. Trifft Sonnenlicht auf das Paneel, erhitzt sich der dünne Film und Wasser verdampft schnell, während die gelösten Salze auf der Oberfläche zurückbleiben.

Salz fernhalten vom Arbeitsbereich

Salzablagerungen schädigen Solarverdampfer, indem sie den Wasserfluss blockieren und Licht reflektieren. Der zentrale Fortschritt dieser Arbeit besteht darin, dass das laserstrukturierte Paneel neu gebildete Salzkristalle automatisch aus dem zentralen Arbeitsbereich in seitliche Bereiche treibt, wo sie gesammelt werden können. Die Autoren zeigen, dass tiefere und breitere Oberflächenrillen einen starken Fluss relativ frischen Meerwassers liefern, der die wachsende Salzkante erreicht. Mikroskopische Beobachtungen zeigen, dass die Verdampfung zunächst Salz an der äußeren Wassergrenze konzentriert – ähnlich dem Kaffeering, der beim Trocknen eines Tropfens entsteht. Dann setzt ein Prozess namens Salzkriechen ein: Dünne Filme salzhaltigen Wassers bewegen sich über die poröse Salzkrusten, lösen sie lokal auf und rekristallisieren weiter außen. Dieser wiederholte Schritt lässt die Salzfront vom aktiven Bereich wegwandern, der so sauber und effizient bleibt.

Süßwasser und feste Mineralien ohne Abwasserbrine

In kontrollierten Labortests unter Standardsonnenlicht erreicht das optimierte Paneeldesign eine Verdampfungsrate von etwa 1,76 Kilogramm Wasser pro Quadratmeter und Stunde, wobei rund drei Viertel der eingehenden Sonnenenergie in die Verdampfung des Wassers fließen. Gleichzeitig erscheint nahezu das gesamte Salz des verdampften Meerwassers als feste Kristalle in den passiven Bereichen des Paneels, sodass fast nichts ins darunter liegende Wasser zurückkehrt. Über kontinuierlichen Betrieb während mehrerer aufeinanderfolgender Wochen bleiben sowohl Wasserproduktion als auch Salzsammlung stabil, während die Salzkonzentration des verbleibenden Meerwassers nahezu konstant bleibt — ein Hinweis darauf, dass sich keine flüssige Brine ansammelt. Tests mit Meerwasser aus Atlantik, Pazifik und Indischem Ozean zeigen ähnliche Leistungen, und das kondensierte Wasser erfüllt etablierte Trinkwasserstandards.

Das Meer abbauen und zugleich trinkbar machen

Die gesammelten Feststoffe enthalten die erwarteten üblichen Salze wie Natrium, Magnesium, Kalium und Calcium, aber auch Spuren von wertvolleren Elementen wie Gold, Cäsium, Brom und Uran. Die Autoren schlagen vor, dass durch selektive Beschichtungen an Teilen des Paneels das System so abgestimmt werden könnte, dass spezifische Metalle wie Lithium gezielt geborgen werden, während weiterhin Süßwasser produziert wird. Da das Paneel Wasser bergauf ziehen kann, lässt es sich zur Folge des Sonnenstandes neigen, um den Tagesertrag zu steigern. Kurz gesagt zeigt diese Arbeit einen praktikablen Weg auf, Sonnenlicht und Meerwasser in trinkbares Wasser und abbaufähige Mineralien zu verwandeln, während die ökologischen Gefahren der Brine-Entsorgung umgangen werden.

Zitation: Tang, L., Singh, S.C., Wei, R. et al. Additive-free and brine-discharge-free solar-thermal desalination with simultaneous complete mineral mining from ocean water. Light Sci Appl 15, 246 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02315-4

Schlüsselwörter: solare Entsalzung, Meerwasser, Null-Flüssig-Abgabe, Mineralrückgewinnung, Wasserreinigung