China gewinnt Treibstoff für Hyperschallwaffen aus Meerwasser.

Laut SCMP haben Wissenschaftler der Northwest Agricultural and Forestry University (China) eine neue Technologie entwickelt, die die Gewinnung und Sammlung von Bor aus Meerwasser ermöglicht.

Bor ist ein leichtes Element, das als Festtreibstoff für Staustrahltriebwerke einiger fortschrittlicher chinesischer Hyperschallwaffen verwendet wird. Darüber hinaus ist es ein wichtiger Bestandteil von Neodym-Eisen-Bor-Magneten, einem in Industrie und Verteidigung weit verbreiteten Material.

Angesichts der Handelsspannungen im Zusammenhang mit strategischen Mineralien gewinnt die Notwendigkeit einer stabilen Versorgung mit Bor, Neodym und Eisen für die globalen Lieferketten zunehmend an Bedeutung.

Bor spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Treibstoff für Chinas Hyperschallwaffen. (Foto: SCMP)

China hat den weltweit größten Borbedarf, ist aber kein bedeutender Produzent. Der Großteil des globalen Borangebots stammt aus der Türkei und den Vereinigten Staaten.

Meerwasser enthält geringe Mengen Bor, die mit der derzeitigen Umkehrosmose-Entsalzungstechnologie nicht entfernt werden können und deren Konzentration sich sogar erhöhen kann. Die langfristige Verwendung von gefiltertem Wasser, das noch Bor enthält, kann gesundheitsschädlich sein.

In einer am 7. November in der Fachzeitschrift Science Bulletin veröffentlichten Studie erklärte das Forschungsteam, dass die solarbetriebene Grenzflächenverdunstungstechnologie (SDIE) als nachhaltige Lösung für die Süßwasserproduktion in Betracht gezogen wird.

Das Team erklärte, die kürzliche Integration selektiver Adsorbentien in das SDIE-System habe die Möglichkeit eröffnet, gleichzeitig Süßwasser abzutrennen und viele wertvolle Elemente wie Lithium, Uran und Cäsium zurückzugewinnen. Darauf aufbauend entwickelten sie ein solarbetriebenes System zur Süßwasserproduktion und zur Borabtrennung aus Meerwasser.

Das Team entwickelte ein neuartiges Gel namens MMS, basierend auf Natriumalginat und angereichert mit zwei Hightech-Verbindungen, MXene und MgO. MXene ist ein zweidimensionales Nanomaterial mit graphenähnlicher Struktur, das sich durch seine effiziente photothermische Umwandlung auszeichnet und dadurch die Verdunstung beschleunigt. MgO dient als Adsorptionsmittel und ermöglicht die selektive Borbindung.

Das MMS-Gel wird zu dünnen, 2 mm dicken Blättern verarbeitet. Die obere Schicht schwimmt auf der Wasseroberfläche, um Licht zu absorbieren und Luft auszutauschen, während die untere Schicht in Meerwasser eingetaucht ist, um den Absorptionsprozess durchzuführen.

Unter Sonneneinstrahlung verdunstet Wasser von der Geloberfläche und erzeugt einen Konzentrationsgradienten, der Meerwasser durch das Gel nach oben zieht. Der mit dem Meerwasser in Kontakt stehende Teil des Gels absorbiert kontinuierlich Wasser und Bor, während die MgO-Partikel im Inneren das Bor binden.

Dem Forschungsteam zufolge entsteht Süßwasser durch Verdunstung innerhalb des MXene-MgO-Kompositgels, während sich Bor im Gel anreichert. In Labortests erreichte das System eine maximale Verdunstungsrate von 2,14 kg Wasser pro m² Gel und Stunde und band 225,52 mg Bor.

Die Wirksamkeit von MMS beruht auf seiner einzigartigen, geschichteten, porösen Struktur und der Kombination von MXen und MgO. MXen absorbiert Licht und wandelt Energie in Wärme um, während MgO ein effizientes Bor-Adsorptionsmittel ist. Variationen von Temperatur, Konzentration und Strömung innerhalb des Gels tragen ebenfalls zur beschleunigten Bor-Aufnahme bei.

Um die praktische Anwendbarkeit zu überprüfen, führte das Team Freilandtests in Hongkong durch. Nach dreistündigem Betrieb bildete sich Kondenswasser an der Oberseite des Geräts. Trotz der relativ schwachen Sonneneinstrahlung im März produzierte das Gel immer noch 5,20 kg Wasser/m² und band 122,45 mg Bor/m². Im Kondenswasser wurden keine Borionen nachgewiesen.

Dem Forschungsteam zufolge kann das MMS-Gel mehrfach wiederverwendet werden. Nach sieben Zyklen lag die Bor-Adsorptionskapazität noch bei über 86 %, während die Verdunstungsrate kaum abnahm.

„Die Ergebnisse zeigen, dass MMS ein großes Potenzial für die gleichzeitige Produktion von Süßwasser und die Gewinnung von Bor aus Meerwasser oder Brackwasser besitzt“, sagte Fan Zhimin, der Leiter des Forschungsprojekts. Er fügte hinzu, dass das Team die Kosten und die Skalierbarkeit der Technologie für großtechnische Anwendungen weiter evaluieren wolle.

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