NYU Tandon-Forscher finden Verfahren zur Redox-Flow-Entsalzung
ForscherInnen der New York University Tandon School of Engineering (zweitälteste private Ingenieurschule der USA) ist ein bedeutender Durchbruch bei der Redox-Flow-Entsalzung (RFD) gelungen, einer aufkommenden elektrochemischen Technik, die Meerwasser in trinkbares Wasser umwandeln und gleichzeitig bezahlbare erneuerbare Energie speichern kann. In einer in Cell Reports Physical Science veröffentlichten Arbeit hat das NYU-Tandon-Team die Salzentfernungsrate des RFD-Systems um etwa 20 Prozent erhöht und gleichzeitig den Energiebedarf durch Optimierung der Flüssigkeitsdurchflussraten gesenkt.
Meerwasser in Trinkwassr umwandeln – das geht – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft
Diese Systeme bieten einen skalierbaren und flexiblen Ansatz für die Energiespeicherung und ermöglichen die effiziente Nutzung von intermittierenden erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind. RFD verspricht auch eine völlig neue Lösung für die globale Wasserkrise. „Unsere Vision ist es, durch die nahtlose Integration von Energiespeicherung und Entsalzung eine nachhaltige und effiziente Lösung zu schaffen, die nicht nur den wachsenden Bedarf an Süßwasser deckt, sondern auch den Umweltschutz und die Integration erneuerbarer Energien fördert“, so Dr. André Taylor, Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik und Direktor von DC-MUSE (Decarbonizing Chemical Manufacturing Using Sustainable Electrification) der NYU.
RFD kann sowohl die Abhängigkeit von herkömmlichen Stromnetzen verringern als auch den Übergang zu einem kohlenstoffneutralen und umweltfreundlichen Wasserentsalzungsprozess fördern. Darüber hinaus steigert die Integration von Redox-Flow-Batterien in Entsalzungstechnologien die Effizienz und Zuverlässigkeit des Systems. Die inhärente Fähigkeit von Redox-Flow-Batterien, überschüssige Energie in Zeiten des Überflusses zu speichern und in Zeiten des Spitzenbedarfs zu entladen, fügt sich nahtlos in den schwankenden Energiebedarf von Entsalzungsprozessen ein.
„Der Erfolg dieses Projekts ist dem Einfallsreichtum und der Beharrlichkeit von Stephen Akwei Maclean zu verdanken, dem Erstautor der Arbeit und Doktoranden der NYU Tandon in Chemie- und Biomolekulartechnik“, so Taylor. „Er hat außergewöhnliche Fähigkeiten bewiesen, indem er die Systemarchitektur mit Hilfe der fortschrittlichen 3D-Drucktechnologie, die im NYU Maker Space zur Verfügung steht, entworfen hat.
Zu den Feinheiten des Systems gehört die Aufteilung des ankommenden Meerwassers in zwei Ströme: den Versalzungsstrom und den Entsalzungsstrom. Zwei weitere Kanäle beherbergen den Elektrolyten und das Redoxmolekül. Diese Kanäle sind entweder durch eine Kationenaustauschmembran (CEM) oder eine Anionenaustauschmembran (AEM) effektiv getrennt.
In CH 4 werden dem Redoxmolekül von der Kathode Elektronen zugeführt und Na+ entzogen, das aus CH 3 diffundiert. Das Redoxmolekül und Na+ werden dann zu CH 4 transportiert, wo der Anode von den Redoxmolekülen Elektronen zugeführt werden und Na+ in CH 2 diffundieren kann. Unter diesem Gesamtpotenzial bewegen sich Cl–Ionen von CH 3 durch die AEM zu CH 2 und bilden den konzentrierten Salzstrom. Folglich erzeugt CH 3 den Süßwasserstrom. „Wir können die Verweilzeit des einströmenden Meerwassers steuern, um trinkbares Wasser zu erzeugen, indem wir das System in einem einzigen Durchgang oder im Batch-Modus betreiben“, so Maclean.
Im umgekehrten Betrieb, bei dem die Sole und das Süßwasser gemischt werden, kann die gespeicherte chemische Energie in erneuerbaren Strom umgewandelt werden. Im Grunde genommen können RFD-Systeme als eine Art „Batterie“ dienen, die überschüssige Energie aus Sonnen- und Windenergie aufnimmt.
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