Eine neue Form der Meereskraft zeichnet sich ab, nachdem Forscher eine Membran entwickelt haben, die Energie aus Meerwasser gewinnen kann.
Die Technologie beruht auf dem Prozess der Osmose, bei dem sich Wasser oder gelöste Stoffe (z. B. Salz) durch eine halbdurchlässige Membran bewegen, um die Konzentration auszugleichen.
Es gibt zwei Hauptwege, auf denen dieser Prozess Strom erzeugen kann. Bewegt sich Wasser über eine Membran, entsteht auf einer Seite ein Druck, der in Energie umgewandelt werden kann. Wenn sich andererseits geladene gelöste Teilchen („Ionen“) über eine Membran bewegen, kann die Bewegung von Ionen genutzt werden, um eine Spannung zu erzeugen.
Diese Methoden der „osmotischen Energie“ – die keine Emissionen emittieren und weniger variabel sind als Solar- und Windenergie – könnten an Orten eingesetzt werden, an denen Süßwasser (d. h. ein Fluss) auf das Meer trifft.
Obwohl die Technologie erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen wurde, hat sie ihr Potenzial bisher nicht ausgeschöpft. Die Hauptschwierigkeit liegt in der Entwicklung einer Membran, die sowohl effizient ist als auch in korrosivem Meerwasser lange hält.
Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Deakin University in Australien und der University of Michigan in den USA eine Membran entwickelt, die beide Kriterien erfüllt.
Sie ließen sich von der Biologie inspirieren. Knorpel – das elastische Gewebe in unserem Körper – lässt Ionen problemlos durch. Knochen hingegen lässt keine Ionen durch, ist aber stark und steif.
„Wir haben einen Weg gefunden, diese beiden Arten von Materialien zu ‚heiraten‘, um beide Eigenschaften gleichzeitig zu erhalten“, sagt Prof. Nicholas Kotov von Michigan.
Die Forscher stellten ihre Membran aus synthetischen „Aramid“-Nanofasern her, die ein flexibles Material ähnlich wie Knorpel bieten, das mit Bornitrid beschichtet ist, das stark wie Knochen ist.
Als die Membran verwendet wurde, um zwei Salzlösungen unterschiedlicher Konzentration zu trennen, ließ sie die positiv geladenen Natriumionen des Salzes durch, stieß jedoch die negativ geladenen Chloridionen ab und erzeugte einen elektrischen Strom.
Die Membran funktionierte auch nach 200 Stunden noch und hielt den unterschiedlichsten Bedingungen stand.
„Unsere neue Verbundmembran hat … eine hohe Stabilität bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 95 Grad Celsius und bei einem pH-Wert von 2,8 bis 10,8“, sagt Dr. Weiwei Lei von Deakin.
„Dies sind die leistungsstärksten bisher bekannten Membranen“, fügt Kotov hinzu.
Die Forscher glauben, dass ihre Technologie skalierbar ist, da beide Hauptkomponenten kostengünstig sind.