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Neues Anwendungsgebiet für Graphen

Dieses Sieb aus Graphen filtert Salzwasser zu Trinkwasser

Ein Sieb aus England sorgt für Aufsehen: Es verwandelt mit einer Membran aus Graphenoxid Salz- in Trinkwasser. Ohne großen Aufwand. Mit etwas Glück ist es die Wundererfindung, welche die Menschheit vor Wasserknappheit rettet.

Membran aus Graphenoxid

Eine Membran aus Graphenoxid haben britische Forscher entwickelt. Stellt man daraus ein Sieb her, lässt sich Salzwasser zu Trinkwasser filtern. Einfach so.

Foto: Universität Manchester

Ihr Lösungsvorschlag: Ein hauchdünnes Sieb, das Salzwasser aus dem Meer in Trinkwasser umwandelt. Das wäre eine großartige Erfindung und sehr effektiv, schließlich sind 70 % der Erde von Meeren bedeckt.

Graphenoxid ist das Herzstück des Siebs

2010 haben russische Wissenschaftler den Nobelpreis für die Entdeckung des Graphen bekommen – eine Modifikation des Kohlenstoffs, in der jedes Atom von drei weiteren im Winkel von 120 ° umgeben ist, sodass ein bienenwabenförmiges Muster entsteht. Theoretisch ist diese zweidimensionale Struktur ein idealer Filter. Doch Membranen ließen sich bislang kaum herstellen. Bislang.

Den Forschern in Manchester ist es gelungen, ein Graphengitter zu bauen, das Wasser durchlässt, aber Salzkristalle aufhält.

Foto: Universität Manchester

Die Forscher haben im Labor durch Oxidation ein chemisches Derivat namens Graphenoxid geschaffen, das sich wie eine Tinte auf ein Substrat auftragen lässt, so dass eine dünne Membran entsteht. Die Löcher in der Membran sind dabei nicht größer als ein Nanometer – sie sind also eine Million Mal kleiner als ein Millimeter.

Die Folge: Wasser dringt durch die Membran. Salz nicht. „Es ist das erste Mal, dass wir die Größe der Poren in der Membran kontrollieren und so Wasser entsalzen konnten“, sagte Prof. Rahul Nair der BBC. Nair und sein Team haben die Studie gerade im Fachblatt „Nature Nanotechnology“ veröffentlicht. „Die Realisierung skalierbarer Membranen mit gleichmäßiger Porengröße bis hin zur atomaren Skala ist ein wichtiger Schritt vorwärts und eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz der Entsalzungstechnik.“

Offene Frage: Wie lang hält Membran Salzwasser stand?

Auf dem Markt ist der Filter noch nicht. Zuerst müssen die Forscher im Labor noch einige Hürden überwinden. Noch ist zum Beispiel unklar, wie lange die Membran den ständigen Kontakt mit Meerwasser aushält. Unklar ist auch, ob der Werkstoff nicht viel zu teuer ist, um Siebe im industriellen Maßstab herzustellen.

Im Labor klappt das Filtern von Salzwasser schon: rechts im Bild trübes Salzwasser, links trinkbares Süßwasser.

Foto: Universität Manchester

Ein anderes Problem haben die Wissenschaftler hingegen schon gelöst: die Tatsache, dass Graphenoxid in Kontakt mit Wasser aufquillt. Sie haben an beiden Seiten der Membran hauchdünne Wände aus Epoxidharz platziert, welche das Aufquellen verhindern. Als Nächstes wollen Sie damit experimentieren, die Membran mit marktüblichen Stoffen zu kombinieren.

Derweil beeindruckt Graphen auch mit anderen Eigenschaften. Als Schmiermittel könnte Graphen dafür sorgen, dass Automotoren und Maschinen künftig fast ohne Reibung laufen und ewig halten. Als Schaum ist Graphen federleicht, aber um ein Vielfaches stabiler als Stahl. Und schließlich könnte es auch das ultimative Flammschutzmittel mit einer positiven Umweltbilanz sein.

Von Patrick Schroeder
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Forschung/Dieses-Sieb-Graphen-filtert-Salzwasser-zu-Trinkwasser vom 14.4.2017

Zauberwatte gegen Ölpest: Wie aus einer Panne eine glorreiche Erfindung wurde

Eigentlich sollte Ernst Krendlinger bei seinem Arbeitgeber ein Rezept für Wachs geringfügig modifizieren. Doch irgendetwas lief gründlich schief. Produziert wurden zehn Tonnen einer faserigen Substanz, die an Watte erinnerten. Der Chemiker reagierte. Machte aus der Fehlproduktion ein Erfolgsrezept. Und könnte jetzt wohlmöglich den europäischen Erfinderpreis dafür bekommen.

Deurex Pure

Sieht aus wie Watte, hat es aber in sich. Deurex Pure bindet Öle aus dem Wasser.

Foto: Deurex

Denn aus der fehlproduzierten Watte ist Zauberwatte geworden, die hervorragend Öl und Wasser trennt. Und so bei Ölkatastrophen schlimme Umweltverschmutzungen verhindern kann. Wer verantwortlich für die Panne war? Man weiß es nicht. „Irgendjemand muss wohl die verkehrte Temperatur und den falschen Druck eingestellt haben“, sagte Krendlinger dem Magazin Wired. Jedenfalls geschah dies beim Chemieunternehmen Deurex in Elsteraue in Sachsen-Anhalt. Und auch, warum aus der Fehlproduktion ein Erfolgsrezept wurde: „Wir wollten diese riesige Menge nicht einfach wegwerfen, das hätte immense Kosten verursacht“, so Krendlinger.

„Danach hat es wieder Trinkwasserqualität“

Im Laufe verschiedener Experimente fand Krendlinger heraus, dass die seltsame Watte Stoffe wie Öl oder Diesel aufsaugt, während sie gleichzeitig Wasser abweist. „Soweit ich weiß, sind diese Eigenschaften weltweit einzigartig“, sagt der 61-jährige. Zauberwatte nennen er und sein Team das neu entdeckte hydrophobe Bindemittel mit dem offiziellen Namen Deurex Pure.

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Die Münchner Umweltorganisation One Earth – One Ocean (OEOO) hat in einem Pilotprojekt im Nigerdelta mithilfe des Ölbinde-Mittels Pure der Firma Deurex auf eigene Kosten ein ölverseuchtes Gewässer gereinigt. Damit wollte man demonstrieren, dass mit Pure eine Rekultivierung des verschmutzten Nigerdeltas relativ einfach und kostengünstig möglich ist.

Foto: OEOO

Die Zauberwatte ist recycelbar, umweltfreundlich, unlöslich in Wasser, witterungsbeständig und schwimmt immer oben, selbst vollgesogen mit Öl. Laut Deurex kann der Wachs das 6,55-fache seines Eigengewichts aufnehmen. 100 kg Deurex Pure können mehr als 600 l Öl aus verseuchtem Wasser binden. „Danach hat es wieder Trinkwasserqualität“, sagt Krendlinger.

Ungläubige Patentämter in München und Den Haag

Die so vollgesaugte Wachs-Watte kann man danach einfach wieder auswringen und erneut verwenden. „Natürlich ist das Wachs danach nicht mehr so saugfähig, aber drei- bis viermal kann es locker wieder verwendet werden“, sagt Krendlinger. „Der entscheidende Unterschied zu allen bisherigen Methoden ist eben, dass wir das Öl aus dem Wasser komplett und rückstandsfrei binden können.“

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Der Deurex-Pure-Anhänger auf Achse.

Foto: Deurex

Das wollte ihm das Patentamt in München nicht glauben, als er Deurex Pure zum Patent anmelden wollte. „Ich bin dann vorbeigefahren und habe es ihnen vorgeführt. Erst als ich einen Schluck des gereinigten Wassers getrunken haben, haben sie mir geglaubt“, berichtet der Erfinder. Auch beim europäischen Patentamt in Den Haag blitzte der Zufalls-Erfinder zunächst ab und musste demonstrativ sein gereinigtes Wasser trinken.

Nominiert zum Patent des Jahres

Inzwischen haben Krendlinger und sein Arbeitgeber Deurex das Patent für die Zauberwatte. Und von den europäischen Spezialanwälten wurde sie sogar als „Patent des Jahres“ nominiert. „Die Verleihung findet nächstes Frühjahr im Elysee-Palast in Paris statt“, berichtet Krendlinger. Wenn die Zauberwatte gewinnt, gibt es ein Preisgeld in Höhe von einer halben Million Euro. Was den den Zufalls-Erfinder sehr erfreuen würde.

Blatt der Schwimmfarn-Art Salvinia molesta. Ihre Haarenden sind in der Form eines Schneebesens miteinander verbunden. Dadurch kann die Pflanze hervorragend Öl absorbieren.

Foto: KIT

Ingenieure des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nach dem Vorbild von Schwimmfarnen ebenfalls ein Material entwickelt, das kein Wasser aufnimmt, dafür aber große Mengen Öl. Anschließend lässt sich der Nanopelz einfach aus dem Wasser fischen – mit seiner Ölfracht. Noch befindet sich das Material namens Nanofur im Prototypstadium. Die Forscher arbeiten auf eine großtechnische Fertigung zu.

Von Detlef Stoller
Quelle: http://www.ingenieur.de/Fachbereiche/Umwelt-Recyclingtechnik/Zauberwatte-Oelpest-Wie-Panne-glorreiche-Erfindung vom 19.10.2016