Eine Ionenpumpe für sauberes Wasser
Neue Membrantechnologie ermöglicht Ionentransport ohne chemische Reaktionen.
Ein internationales Team von Forschenden, darunter Mitarbeitende des Helmholtz-Zentrums Hereon, hat eine bahnbrechende Membrantechnologie entwickelt. Das Einzigartige: Sie kann elektrisch geladene Moleküle ohne chemische Reaktionen oder bewegliche Teile transportieren. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt in der physikalisch-elektrochemischen Grundlagenforschung dar, der neue Möglichkeiten für eine energieeffiziente Wasseraufbereitung eröffnet.
Die Kontrolle der Bewegung von Ionen in Flüssigkeiten ist entscheidend für viele technologische und biologische Prozesse. Herkömmliche Methoden beruhen meist auf energieintensiven elektrochemischen Reaktionen. Die neu entwickelte Membran bietet eine Alternative: Sie verfügt über ultradünne Metallschichten auf beiden Seiten eines porösen Trägers. Wird eine niedrige elektrische Spannung schnell ein- und ausgeschaltet, durchlaufen die Metalloberflächen Lade- und Entladeprozesse. Dabei erzeugen sie einen kontrollierten Ionenfluss. Dies ist das erste Mal, dass ein solcher Effekt für den Ionentransport genutzt wurde.
Um das praktische Potenzial der Technologie zu demonstrieren, integrierte das Forschungsteam die Membran in ein kompaktes Entsalzungssystem, das vollständig ohne bewegliche Teile oder chemische Reaktionen arbeitet. In Labortests konnte das System den Salzgehalt von Wasser mithilfe sehr niedriger elektrischer Spannungen um die Hälfte reduzieren. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Membran für die Entwicklung hoch energieeffizienter Lösungen zur Wasserreinigung und Entsalzung.
Mehr zu Membranen und Ionenfluss
Kaliumionen im Viererbob
Neues Forschungsschiff Coriolis getauft
Nanoröhrchen säubern Abwässer
Filtern mit Muschelpower
Die Forschenden erwarten zudem, dass die Technologie Ionen mit identischer elektrischer Ladung anhand kleinster Unterschiede in ihrem Verhalten im elektrischen Feld unterscheiden kann. Dies könnte neue Ansätze ermöglichen – etwa für die Gewinnung von Lithium aus Meerwasser, die Entfernung von Schwermetallen aus Trinkwasser, fortschrittliches Batterierecycling sowie Diagnose- und Sensortechnologien der nächsten Generation.
Das Projekt vereinte Expertinnen und Experten aus Chemie, Materialwissenschaften, Elektrotechnik und Biotechnologie der University of California, Irvine, der Tel Aviv University, der University of Massachusetts Boston sowie des Lawrence Berkeley National Laboratory. Francesca Toma, Leiterin des Hereon-Instituts für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit in Teltow und ebenfalls am Berkeley Lab tätig, gehört zu den federführenden Forschenden, die das ursprüngliche Konzept der Studie entwickelten und maßgeblich an der Forschung beteiligt waren.
„Diese Arbeit stellt eine neue Möglichkeit vor, kontinuierlichen Ionentransport in Wasser durch die Nutzung spezieller Mechanismen in nanoporsen Materialien zu ermöglichen. Über die grundlegenden Erkenntnisse hinaus könnte das Konzept neue Wege für energieeffizientere Entsalzung und selektive Ionentrennung eröffnen. Es ist besonders faszinierend zu sehen, wie eine Idee, die vor Jahren entwickelt wurde, durch internationale Zusammenarbeit und Ausdauer zu einem wirkungsvollen wissenschaftlichen Beitrag mit technologischem Potenzial heranwuchs“, sagt die Professorin.
Die Arbeit wurde von mehreren bedeutenden Forschungsförderinstitutionen unterstützt, darunter die National Science Foundation, das US-amerikanische Energieministerium und der Europäische Forschungsrat. Das Projekt unterstreicht die Bedeutung globaler wissenschaftlicher Zusammenarbeit und zeigt, wie interdisziplinäre Forschung Lösungen für Herausforderungen mit hoher Umwelt- und gesellschaftlicher Relevanz hervorbringen kann. [hereon / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
R. Kautz, A. Herman, E. J. Heffernan, et al., A nanoporous capacitive electrochemical ratchet for continuous ion separations, Nat. Mater., 13. März 2026; DOI: 10.1038/s41563-026-02511-y - Institut für funktionale Materialien für Nachhaltigkeit (Francesca Toma), Helmholtz-Zentrum Hereon, Teltow
Anbieter
Helmholtz-Zentrum hereon GmbHMax-Planck-Straße 1
21502 Geesthacht
Deutschland
Meist gelesen
Licht polt Magneten um
Laserpuls ist in der Lage, beliebige und anpassbare topologische Schaltkreise auf einem Chip optisch zu erzeugen.
Ein Signal, das Dutzende andere schlägt
GW250114: internationales Team identifiziert erstmals drei Töne in einem Gravitationswellen-Ereignis.
Polaronbildung erstmals beobachtet
LMU-Forschende konnten ein Phänomen der Halbleiterphysik direkt messen, das bereits 1933 theoretisch beschrieben wurde.
Test der Quantenmechanik auf makroskopischer Skala
Selbst massive Nanopartikel aus Tausenden von Natriumatomen zeigen Wellennatur der Materie.
Mysteriöses dunkles Objekt im fernen Universum
Gravitationslinse weist auf unsichtbaren Masseklumpen hin wie von der Theorie der kalten Dunklen Materie vorhergesagt.