D. Lenz
Bisher war die Stromausbeute von Osmose-Kraftwerken nicht besonders groß. Neue Membranen die einen gerichteten Ionen-Transport zwischen dem Salz- und Süßwasser ermöglichen, steigern die Ausbeute erheblich.
Peking (China). Wenn Salzwasser von Süßwasser durch eine Membran getrennt wird, können dank der Osmose durch diese selektiv Ionen wandern bis die Salzkonzentration von beiden Wassertanks ausgeglichen ist. Bisher erreichen solche kleinen Osmose-Kraftwerke jedoch nur 2,2 Watt pro Quadratmeter Membranfläche. Wie chinesische Wissenschaftler nun in der Fachzeitschrift Science Advances berichten, konnten sie die Stromausbeute durch dreidimensionale Janus-Membranen signifikant steigern.
Wie Yahong Zhou und seine Kollegen vom Technical Institute of Physics and Chemistry der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking berichtet, geht der größte Teil des Stroms derzeit in der Membran selbst aufgrund des hohen inneren Widerstands und Aufheizeffekten verloren. Zusätzlich lädt sich die Membran bei der Ionenwanderung an der Oberfläche auf und verringert somit den weiteren Stromfluss. Mit Hilfe einer halbdurchlässigen Membran, deren Porosität und Ladungsdichte gezielt kontrolliert werden kann, wollten die Wissenschaftler das Problem lösen.
Die Wissenschaftler wählten für ihre doppelschichtige Membran zwei verschiedene Kunststoffe aus schwefelhaltigen Polyaryletherketon und aus Polyethersulfon. Durch chemische Verfahren haben Zhou und seine Kollegen die beiden Materialien zu einer elf Mikrometer dünnen Janus-Membran zusammengefügt.
Mit der neuartigen Membran trennten die Wissenschaftler zwei Wasserbehälter. Dabei wies der eine den Salzgehalt von Meerwasser und der andere dem von Flusswasser auf. Wie erwartet, wanderten von der salzigeren Wasserseite selektiv negativ geladene Chloridionen durch die Membran zu der anderen Seite. Positiv geladene Kaliumionen konnten dabei die Membran nicht durchdringen.
Es zeigte sich, dass der Stromfluss über die Elektroden auf 2,66 Watt pro Quadratmeter Membranfläche anstieg – einem Plus von rund 35 Prozent. Bei einem 500 Mal höheren Salzgehalt konnten die Wissenschaftler die Strommenge sogar verdoppeln. Jedoch reicht ein drittel Volt Spannung und ein Strom von etwa einem halben Mikroampere aus dem kleinen Osmose-Kraftwerk gerade einmal dazu, einen kleinen Taschenrechner zu betreiben.
Da auch nach 120 Stunden Dauerbetrieb der Stomfluss nicht abnahm, sehen die Wissenschaftler ein Potenzial in ihrer Erfindung: An Flussmündungen, wo Süßwasser auf Salzwasser trifft, können Osmose-Kraftwerke mit etwa 1.000 Quadratmetern Membranfläche ausreichen Strom für ein halbes Dutzend Haushalte liefern. Gerade in abgelegenen Orten ohne Stromnetz könnten solche Kraftwerke sinnvoll eingesetzt werden.
