Posted in: Chemie, Technik 31. März 2011 15:33 Weiter lesen →

Strom aus der Misch-Batterie

Weltraumaufnahme zeigt hellblauen gewundenen Fluss in bräunlichem Terrain, in dunkelblaues Meer mündend In den Flussmündungen der Welt vermischen sich jährlich rund 45 Billionen Liter Süßwasser mit Meerwasser. Amerikanische und italienische Chemiker haben einen neuen Ansatz entwickelt, um einen Teil der bei der Durchmischung freiwerdenden Energie abzuzapfen. Sie nutzen den unterschiedlichen Salzgehalt von Fluss- und Meerwasser, um Elektroden unter niedriger Spannung aufzuladen und unter hoher Spannung wieder zu entladen – und somit unter dem Strich elektrische Energie zu gewinnen.

Bild: Image Science and Analysis Laboratory, NASA-Johnson Space Center

Der Hauptvorteil der neuen Misch-Batterie sei ihre geringe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen, erklärt Yi Cui von der Universität im kalifornischen Stanford. „Das eingesetzte Wasser muss bei dieser Methode nicht extrem sauber sein“, so der Chemiker. Neben ungefiltertem Flusswasser könne auch Regenwasser, Brauchwasser und vielleicht sogar Abwasser genutzt werden.

Bei der Vermischung von Fluss- und Meerwasser würden allein durch die Zunahme der Entropie („Unordnung“) mehr als 2 Kilojoule Energie pro Liter Süßwasser freigesetzt, so Cui weiter. Bisherige Ansätze zur Gewinnung dieser Energie nutzten meist salzundurchlässige Membranen, um ein nutzbares Druckgefälle zwischen Salz- und Süßwasserseite zu erzeugen. Diese Osmosemembranen seien allerdings teuer und würden durch Schwebstoffe und andere Bestandteile des Wassers leicht verstopft.

Der Forscher und seine Kollegen setzen dagegen auf Elektroden, die abwechselnd von Salzwasser und Süßwasser umspült werden. Die eine Elektrode ist mit einem Pelz aus Manganoxid-Nanostäbchen bedeckt, der mit Natriumionen reagiert. Die andere Elektrode besteht aus Silber, an dem sich Chloridionen aus dem Wasser abscheiden.

Die Elektroden werden zunächst von Meerwasser umspült. In dem salzreichen Wasser saugen sie sich förmlich mit Natrium- bzw. Chloridionen voll. Dabei fließt zwischen ihnen ein elektrischer Strom. Dann wird das Meerwasser gegen Flusswasser ausgetauscht, in dem die Elektroden einen großen Teil der aufgenommenen Ionen wieder abgeben. Schließlich werden auch die verbliebenen Ionen durch Anlagen einer niedrigen elektrischen Spannung wieder aus den Elektroden ausgetrieben und der Kreislauf kann erneut beginnen.

Schon bei den ersten Laborversuchen konnten auf diese Weise fast 75 Prozent der bei der Durchmischung freiwerdenden Energie geerntet werden, berichten Cui und Kollegen im Fachblatt „Nano Letters“.

Aufgrund der geringen Spannungsunterschiede und der langen Auf- und Entladezeiten liegt die Leistungsdichte ihrer Misch-Batterie derzeit allerdings bei lediglich 10 Mikrowatt pro Quadratzentimeter Elektrodenoberfläche. Allein der Betrieb eines einzigen Haartrockners würde also einen immensen Wasserdurchsatz erfordern. Angesichts der Wasserführung großer Flüsse sei die neue Technik aber durchaus geeignet, einen Teil des weltweiten Energiebedarfs zu decken, sind die Forscher überzeugt.

Forschung: Fabio La Mantia, Mauro Pasta, Heather D. Deshazer und Yi Cui, Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, und Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica, Università degli Studi di Milano, Mailand; Bruce E. Logan, Department of Civil and Environmental Engineering, Penn State University, University Park

Veröffentlichung Nano Letters, DOI 10.1021/nl200500s

WWW:
Cui Group, Stanford University
Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica, Università degli Studi di Milano
Der globale Wasserkreislauf
Entropie

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