Trinkwasser aus dem Solarkraftwerk

Das Spektrum des Sonnenlichts erstreckt sich über einen weiten Wellenlängenbereich. Während Solarzellen vor allem den kurzwelligen Spektralanteil nutzen, lässt die langwelligere Wärmestrahlung beispielsweise das Wasser bei der thermischen Meerwasserentsalzung verdunsten. Wissenschaftler haben nun beide Ansätze kombiniert: In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ stellen sie eine Entsalzungsanlage vor, die gleichzeitig Solarstrom erzeugt – und das mit relativ hohen Wirkungsgraden.

Wenbin Wang von der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie in Saudi-Arabien und seine Kollegen griffen für ihren Prototyp zu handelsüblichen Solarzellen aus polykristallinem Silizium. Auf der Rückseite der Zellen montierten sie ein mehrschichtiges Entsalzungsmodul. Um eine möglichst hohe Ausbeute an Trinkwasser zu erhalten, lagerten die Forscher drei Wasserkreisläufe übereinander. Floss salziges Meerwasser hindurch, wurde es durch die solare Restwärme erhitzt und partiell verdampft. Der so erzeugte Wasserdampf wanderte durch eine dünne Membran, kondensierte an einer faserartigen Struktur aus Quarzglas und ließ sich an einem Auslass abzapfen. Dank des geschickten Aufbaus genügten Schwerkraft und Kapillarkräfte, um den Wasserstrom aufrechtzuerhalten.

Im Labor erreichten die Solarzellen unter genormter Sonneneinstrahlung einen Wirkungsgrad von elf Prozent. Das entspricht fast dem Wert von baugleichen Solarzellen ohne Entsalzungsmodul. In den Testläufen lieferte die neue Anlage parallel gut 1,6 Liter an Trinkwasser pro Stunde und Quadratmeter. Verglichen mit bisherigen Entsalzungsmodulen ist diese Ausbeute ausgesprochen hoch. So entsalzte ein zehnschichtiger Prototyp unter der gleichen Sonneneinstrahlung gerade einmal die doppelte Menge an Meerwasser.

Aktuellen Schätzungen zufolge könnte die Leistung von Solarkraftwerken weltweit bis zum Jahr 2025 auf 969 Gigawatt ansteigen. Dafür wären Flächen von etwa vier Milliarden Quadratmetern nötig. Während Solarkraftwerke große Flächen bei hohen Baukosten erfordern, verbrauchen Anlagen zur Entsalzung von Meerwasser in der Regel viel Strom. Die nun vorgestellte Kombination dürfte die Investitionskosten daher signifikant senken, sind Wang und seine Kollegen überzeugt. Ausgestattet mit Entsalzungsmodulen ließen sich mit den für 2025 erwarteten Solaranlagen theoretisch jährlich vier Milliarden Kubikmeter Meerwasser entsalzen. Laut den Forschern entspricht das einem Zehntel des jährlichen Trinkwasserbedarfs auf der ganzen Welt im Jahr 2017.