Am 22. berichtete das Institut für Verfahrenstechnik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dass ein gemeinsames Team des Instituts und der Universität Shenzhen einen polymeren „Verriegelungsmechanismus“ vorgeschlagen hat, der erfolgreich Nanopartikel zu einem dreidimensionalen photothermischen Verdunstungsmaterial verwebt. Dadurch wurde die solare Meerwasser-Verdunstungsrate erheblich gesteigert. Mit einem Außentestgerät wurden erste Schritte von der Meerwasserentsalzung bis zur landwirtschaftlichen Bewässerung unternommen. Die Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.
Die Grenzflächen-Solarwasserverdunstungstechnologie gilt als neuer Weg zur grünen Wassergewinnung, doch der zentrale Engpass liegt darin: Wenn hochleistungsfähige nanophotothermische Pulver zu makroskopischen Bauteilen verarbeitet werden, neigen die Nanopartikel stark zur Agglomeration, die dreidimensionale Struktur ist schwach, und die Lichteinstrahlung führt allmählich zur Alterung und zum Versagen des Materials.
Das gemeinsame Team verfolgte eine neue Strategie: Zunächst wurden mehrschichtige Hohlkugelschalen aus Nanomaterialien hergestellt, die als „Knöpfe“ dienen. Basierend auf dem Prinzip der Kompatibilität von Polymeren und Lösungsmitteln werden dann Polyester-Molekülketten wie Nähfäden präzise durch die feinen Poren der Kugelschalen gefädelt, um die Partikel fest miteinander zu vernähen und ein robustes dreidimensionales Netzwerk zu bilden, das an einen „Nano-Wald“ erinnert. Dies verhindert nicht nur die Agglomeration, sondern schafft auch effiziente Wasser transportierende Kanäle.
Experimentelle Daten zeigen, dass diese Struktur eine Sonnenlichtabsorption von 90,2 % erreicht und die für die Verdunstung der gleichen Wassermenge benötigte Energie um 45,7 % reduziert. Bei einer 30-tägigen beschleunigten Alterung in Meerwasser lösten sich keine Nanopartikel ab, und das Material erzeugte unter Lichteinstrahlung keine reaktiven freien Radikale, wodurch das Problem des Abbaus der organischen Basis gelöst wurde.
Das Team errichtete in der Langfang-Versuchsanlage des Instituts für Verfahrenstechnik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein 0,75 Quadratmeter großes Außentestgerät. Unter natürlichem Sonnenlicht produziert das Gerät täglich 20,16 Liter Süßwasser, was den grundlegenden Trinkwasserbedarf von etwa 10 Personen deckt. Die Wasserqualität entspricht den Trinkwasserstandards der Weltgesundheitsorganisation. Das gewonnene Süßwasser hat bereits ein ganzes Jahr lang erfolgreich 5 Quadratmeter Ackerland bewässert. Pflanzen wie Spinat, Mais und Chinakohl haben vollständige Wachstumszyklen durchlaufen, was die Machbarkeit der landwirtschaftlichen Bewässerung bestätigt.