Forscher haben entdeckt, dass ein innovatives, solarbetriebenes Gerät die Art und Weise, wie wir die wachsenden Wasser- und Energieprobleme unseres Planeten angehen, revolutionieren könnte. Es handelt sich um eine schwimmende Photovoltaikanlage zur Wasserreinigung und Wasserstofferzeugung, die verunreinigtes Wasser und verschmutztes Meerwasser in sauberes Trinkwasser und gleichzeitig in Wasserstoff umwandelt. Ist das nicht fantastisch?
Forscher der Universität Cambridge haben ein Hybridgerät entwickelt, das von der Photosynthese inspiriert ist – dem Prozess, mit dem Pflanzen Sonnenlicht in Nahrung umwandeln. Dieser Prototyp ist, anders als das „künstliche Blatt“, das auf sauberes Wasser angewiesen ist, um grünen Wasserstoff zu produzieren, deutlich vielseitiger. Tatsächlich konnten die Wissenschaftler erfolgreich Tests mit dem Wasser des Flusses Cam im Zentrum von Cambridge durchführen, und die Ergebnisse waren vielversprechend.
Die innovative Funktion des Geräts besteht in seiner Fähigkeit, die solare Brennstoffproduktion mit der Wasserreinigung zu kombinieren. Dr. Chanon Pornrungroj und Ariffin Mohamad Annuar , die beiden Hauptautoren vom Yusuf Hamied Department of Chemistry in Cambridge, erklären, dass die solare Wasserspaltung, bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird, typischerweise reines Wasser erfordert. Andernfalls können Verunreinigungen den Katalysator beschädigen oder unerwünschte chemische Reaktionen auslösen.
Laut Ariffin Mohamad Annuar, einem der Co-Autoren der Studie, ist das Design nicht nur einfach, sondern auch äußerst effektiv, wenn es darum geht, Wasser aus unterschiedlichsten Quellen zu reinigen.
„In abgelegenen oder Entwicklungsländern, wo sauberes Wasser relativ knapp ist und die notwendige Infrastruktur zur Wasseraufbereitung nicht ohne Weiteres vorhanden ist, gestaltet sich die Wasserspaltung äußerst schwierig. Ein Gerät, das mit verunreinigtem Wasser funktionieren könnte, würde zwei Probleme gleichzeitig lösen: Es könnte Wasser spalten, um sauberen Kraftstoff herzustellen, und es könnte sauberes Trinkwasser produzieren“, sagte Ariffin Mohamad.
Laut dieser Studie zeigte das Gerät eine bemerkenswerte Langlebigkeit, indem es über 154 Stunden (etwa sechseinhalb Tage) sowohl in Meerwasser als auch in verschmutztem Wasser reibungslos und zuverlässig funktionierte .
Dr. Chanon Pornrungroj sagte: „Es ist sehr tolerant gegenüber Schadstoffen, und die schwimmende Konstruktion ermöglicht es dem Substrat, auch in sehr trübem oder schlammigem Wasser zu funktionieren. Es ist ein äußerst vielseitiges System.“
„Bei dem lichtgetriebenen Verfahren zur Herstellung von Solartreibstoffen wird nur ein kleiner Teil des Sonnenspektrums genutzt – ein großer Teil des Spektrums bleibt ungenutzt“, sagte Mohamad Annuar.
Professor Erwin Reisner erklärte: „Die Klimakrise und die Probleme im Zusammenhang mit Umweltverschmutzung und Gesundheit hängen eng zusammen, und die Entwicklung eines Ansatzes, der beides angehen könnte, wäre für so viele Menschen ein Wendepunkt.“
Professor Erwin Reisner wies darauf hin, dass das Gerät zwar noch in der frühen Entwicklungsphase sei, aber sehr vielversprechend sei.
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Der Prozess
Auf einem schwimmenden Solardampfgenerator wurde ein UV-Licht absorbierendes Panel installiert , das es ihm ermöglicht, die Sonnenenergie zur Reinigung von verunreinigtem oder salzhaltigem Wasser und zur Erzeugung von grünem Wasserstoff zu nutzen.
Das Instrument enthält ein nanometergroßes Kohlenstoffnetz mit Photokatalysator. Dieses innovative Netz absorbiert effizient Licht und Wärme und erzeugt so den für die Wasserstofferzeugung notwendigen Wasserdampf.
Darüber hinaus verfügt es über eine bemerkenswerte wasserabweisende Behandlung, die es ihm ermöglicht, mühelos zu schwimmen und gleichzeitig seine optimale Funktionalität vor möglichen Verunreinigungen zu schützen.
Ein beeindruckender Durchbruch ist die Fähigkeit, das Sonnenspektrum effektiv zu nutzen. Durch eine UV-absorbierende Schicht an der Oberseite wird die Wasserstoffproduktion ermöglicht, während der restliche Teil des Sonnenspektrums nach unten geleitet wird, um Wasser zur Reinigung zu verdampfen. Dieses einzigartige Doppelverfahren ahmt die Funktionen eines echten Blattes nach und integriert die Wasserstoffproduktion nahtlos in die Transpiration.
Mögliche Verwendungen
Die schwimmende PV-Anlage zur Reinigung von Wasser und zur Wasserstoffenergiegewinnung könnte zur Lösung globaler Energie- und Wasserprobleme beitragen.
Viele Menschen kochen mit schädlichen Brennstoffen, was jährlich zu über drei Millionen Todesfällen führt. Dieses Gerät hat das Potenzial, dieses Problem zu lösen, und Kochen mit Wasserstoff ist eine sicherere Alternative.
Die netzunabhängige Funktion des Geräts macht es in ressourcenarmen Gebieten besonders wertvoll . Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil weltweit etwa zwei Milliarden Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben, während 775 Millionen Menschen ohne Strom leben.
Das Team ist überzeugt, dass sein einfaches, aber hocheffektives Design sich an verschiedene Wasserquellen anpassen lässt . Es entfernt nicht nur Schadstoffe zuverlässig, sondern reinigt auch Wasser hervorragend, unabhängig von Trübungen oder Schlamm.
Laut Studienleiter Professor Erwin Reisner ist das vorliegende Gerät nur der Anfang. Solche Lösungen sind jedoch unerlässlich für eine nachhaltige Zukunft und tragen gleichzeitig den drängenden Problemen des Klimawandels, der Umweltverschmutzung und der Gesundheit Rechnung.
