Gesundheit

Effizient und nachhaltig: Neuer Wasserfilter extrahiert Lithium

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Der Bedarf an Lithium steigt Jahr für Jahr – mithilfe von metallorganischen Gerüsten könnte es nun gelingen, ihn umweltschonend zu decken. 

Lithium ist ein wichtiger Bestandteil vieler wiederaufladbarer Batterien und als solcher aus zahlreichen elektronischen Geräten nicht mehr wegzudenken. Verwendung finden Lithium-Ionen-Akkumulatoren beispielsweise in Smartphones, Laptops und Akkuwerkzeugen, aber auch in Elektroautos oder E-Bikes. Insbesondere in den letzten Jahren hat der weltweite Bedarf an dem Leichtmetall jedoch derart zugenommen, dass er mit bisherigen Methoden des Abbaus und Recyclings nur schwer dauerhaft gedeckt werden kann.

Eine neue Technik soll nun dabei helfen, Lithiumionen für den Einsatz in Batterien aus Meerwasser zu gewinnen und dieses obendrein trinkbar zu machen. Die zentrale Rolle bei diesem Prozess spielen metallorganische Gerüste (englisch: metal-organic-frameworks, MOFs) wie ZIF-8 und UiO-66. Diese bestehen aus metallischen Knotenpunkten sowie organischen Molekülen als Verbindungselementen und verfügen über die größten inneren Oberflächen aller bekannten Substanzen. Auseinandergefaltet genügt ein einziges Gramm der mikroporösen, kristallinen Materialien, um circa eineinhalb Fußballfelder zu bedecken.

MOFs filtern Lithium und Salze aus Meerwasser

Eine weitere Besonderheit: Die schwammartigen Kristalle funktionieren aufgrund ihrer Poren ähnlich wie biologische Zellmembranen. In Versuchen wurden sie als dehydrierender Filter genutzt, um chemische Verbindungen einzufangen, zu speichern und später wieder freizusetzen. Dabei zeigte sich unter anderem, dass die MOFs hervorragend dazu geeignet sind, Lithiumionen zu extrahieren.

Diese Entdeckung bedeutet, dass das Leichtmetall künftig nicht länger unter Verwendung teurer chemischer Verfahren aus Gestein und Sole abgebaut werden muss. „Unsere Forschung eröffnet das Potenzial, Lithiumionen wesentlich energieeffizienter und nachhaltiger aus Wasser zu gewinnen”, so Huanting Wang, einer der verantwortlichen Forscher. Auch könne die Methode genutzt werden, um Abwasser aus industriellen Prozessen zu reinigen, so die Umweltverschmutzung zu reduzieren und gleichzeitig Lithium und andere Ressourcen für den Wiederverkauf zu gewinnen.

Illustration des Ionentransports durch eine ZIF-8-Membran. Bild: Science Advances – Huacheng Zhang – (Montage)

Durch eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit könnten die neuen Membranen eines Tages sogar dazu beitragen, mehr Menschen Zugang zu sauberem Trinkwasser zu ermöglichen. Anita Hill, leitende Wissenschaftlerin bei der CSRIO, erläutert: „Aus der Perspektive des Allgemeinwohls betrachtet ist es unglaublich aufregend, metallorganische Gerüste für die nachhaltige Wasserfiltration nutzen zu können. Gleichzeitig könnte eine bessere Methode zur Gewinnung von Lithium helfen, die globale Nachfrage zu decken und neue Industrien schaffen“. Bislang steht die Forschung zur Gewinnung von Trinkwasser mittels MOFs noch ganz am Anfang. Das Forscherteam arbeitet jedoch mit Nachdruck daran, die Effizienz des Prozesses weiter zu erhöhen.

Cover-Foto: Wikipedia – CSIRO (CC BY 3.0) – (Montage)

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