Zwei Drittel der Weltbevölkerung leiden schon heute unter Wasserknappheit – und die gängigsten Entsalzungsanlagen machen das Problem noch schlimmer: Sie verbrauchen enorm viel Energie, gewinnen oft weniger als die Hälfte des eingespeisten Meerwassers als Trinkwasser zurück und kippen den hochkonzentrierten Salzrest, die sogenannte Brine, zurück ins Meer oder ins Grundwasser.

Auf der anderen Seite steigt der weltweite Lithiumbedarf, unter anderem durch die zunehmende Elektromobilität und die Nutzung stationärer Energiespeicher. Der Rohstoff lässt sich bislang nur unter größerem Aufwand und mit Umweltschäden gewinnen. Westliche Industrien sind dabei von einigen wenigen Staaten abhängig. Forscher konnten nun beide Fliegen mit einer Klappe schlagen: Sie entsalzen Meerwasser umweltfreundlich und gewinnen im selben Prozess Lithium.

Saubere Meerwasser-Entsalzung

Forscher der University of Rochester haben jetzt in der Fachzeitschrift "Light: Science & Applications" ein System vorgestellt, das diesen Kreislauf grundlegend durchbrechen soll: keine Chemikalien, kein Abwasser, kein externer Strom – nur Sonnenlicht. Das Herzstück ist eine hauchdünne Aluminiumfolie, die das Team mit Femtosekunden-Laserpulsen bearbeitet hat.

Dabei brennt der Laser ein feines Muster aus parallelen Rillen in das Metall, das dem Material auf einen Schlag drei nützliche Eigenschaften verleiht: Es saugt Wasser gegen die Schwerkraft nach oben wie ein Docht, es absorbiert fast das gesamte auftreffende Sonnenlicht und wandelt es in Wärme um – und es schiebt auskristallisiertes Salz automatisch aus der aktiven Verdunstungsfläche heraus.

Letzteres ist der eigentliche Kniff: Bisherige Solarsysteme verstopften beim Einsatz mit echtem Meerwasser, weil Magnesiumsulfat und Calciumcarbonat die feinen Wasserwege blockieren. Die Rillengeometrie des neuen Panels erzeugt eine so starke Lösungsströmung, dass sie diese Blockaden kontinuierlich aufbricht und das Salz nach außen drängt – ein Effekt, den die Physik als Salt Creeping kennt.

Stabiler Testbetrieb

In einem einwöchigen Dauertest mit echtem Atlantikwasser lieferte das System stabile Ergebnisse: 1,76 Kilogramm Frischwasser pro Quadratmeter und Stunde, rund 62 Gramm geerntetes Salz pro Quadratmeter und Stunde – und das bei etwa 74 Prozent solarer Effizienz und nahezu 100-prozentiger Salzausbeute, ohne einen einzigen Liter Abwasser zu produzieren.

Zum Vergleich: Herkömmliche Umkehrosmoseanlagen stoßen 58 bis 78 Prozent des eingespeisten Wassers als Salzlauge ab. Das Team testete das Panel außerdem mit Wasser aus dem Pazifik und dem Indischen Ozean – die Ergebnisse blieben vergleichbar, das gewonnene Trinkwasser unterschritt in allen Fällen die WHO-Grenzwerte. Auf dem Dach der Universität lieferte ein nur 9 Quadratzentimeter kleines Panel an einem einzigen Tag 9,3 Gramm Trinkwasser. Nebenprodukt: Im geernteten Salzgemisch steckten neben klassischem Meersalz auch Spuren von wirtschaftlich interessanten Stoffen wie Brom, Cäsium, Gold und Uran.

Quelle für Lithium

Genau an diesem Punkt setzt eine Begleitstudie im "Journal of Materials Chemistry A" an. Das gleiche Forscherteam hat die Metalloberfläche mit Wasserstofftitanat-Nanopartikeln ausgestattet, die gezielt Lithiumionen aus der Salzlösung herausfischen – ähnlich einem molekularen Schlüssel-Schloss-Prinzip, bei dem nur Lithium "passt" und andere Salze ungehindert durchlaufen.

Das System namens STEEL testete das Team mit Wasser aus dem Great Salt Lake und steigerte den Lithiumanteil im gewonnenen Konzentrat von 0,09 auf 70,12 Prozent – ein Rohstoff, der sich direkt für die Weiterverarbeitung in der Batterieproduktion eignet. Das ist deshalb relevant, weil die globale Lithiumnachfrage in den letzten drei Jahren um mehr als 150 Prozent gestiegen ist und klassischer Bergbau zunehmend an ökologische und wirtschaftliche Grenzen stößt.

Offen bleibt, wie sich beide Systeme auf industriellen Maßstab skalieren lassen - die Autoren benennen das ausdrücklich als nächsten Forschungsschritt. Dass ein einziger Laserschritt auf Standardaluminium ausreicht, um das Material herzustellen, gilt in der Fachwelt dennoch bereits als bemerkenswerter Vorteil gegenüber komplexeren Ansätzen.