Erzeugung von Wasserstoffperoxid zur Desinfektion von Wasser mithilfe einer Solaranlage

Sicherzustellen, dass Wasser sicher genutzt und konsumiert werden kann, kann eine echte Aufgabe sein, insbesondere für diejenigen, die in verarmten Gebieten leben und keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben. Hier hoffen Forscher der Stanford University, dass ihr kürzlich entwickelter kostengünstiger Katalysator einen Unterschied machen kann. Dieser Katalysator liegt in Form nanoskaliger Partikel (Nanoflocken) vor, die aus Aluminiumoxid, Molybdänsulfid, Kupfer und Eisenoxid bestehen. Bei Sonneneinstrahlung verhält sich der Katalysator wie eine photonenempfindliche Halbleiter-/Metallverbindung (Cu-MoS2), wobei die freigesetzten Elektronen mit dem umgebenden Wasser reagieren, was zur Bildung von Wasserstoffperoxid (H2O2) und Hydroxyradikalen führt.

Durch Wasser übertragene Krankheiten kommen sehr häufig vor. Laut der US-amerikanischen Gesundheitsbehörde CDC meldeten selbst die USA im Jahr 2021 7.000 Todesfälle und 120.000 Krankenhauseinweisungen, und weltweit sind noch viel mehr davon betroffen. Ein Großteil des Schadens wird durch Mikroben verursacht, insbesondere durch Bakterien wie E. coli, die in Gewässern häufig vorkommen. Durch die Verwendung dieses Katalysatorpulvers in kontaminiertem Wasser berichteten die Forscher, dass die Escherichia coli-Kolonien in den getesteten Proben nach einer 60-sekündigen Sonneneinstrahlung vollständig ausgerottet wurden.

Der Grund dafür ist, dass Wasserstoffperoxid und ähnliche reaktive Sauerstoffspezies für lebende Zellen äußerst zerstörerisch und gleichzeitig sehr sicher sind. Aufgrund ihrer hohen Reaktivität sind sie sehr instabil und daher kurzlebig. Dies ist sinnvoll, wenn das Wasser mit den inzwischen sehr abgetöteten Mikroben anschließend verbraucht wird, da der Katalysator selbst ferromagnetisch ist und sich daher leicht mit einem Magneten abtrennen lässt.

Mit diesem Machbarkeitsnachweis in der Hand wäre es interessant zu sehen, wie das Produkt aussehen wird, insbesondere im Hinblick auf den letzten Trennschritt und darauf, diesen so einfach wie möglich zu gestalten. Da der Katalysator nicht verbraucht oder vermutlich verunreinigt wird, kann er praktisch ewig halten, was ihn zu einer attraktiven Alternative zu Wasserreinigungstabletten und teuren Filtersystemen macht.

(Titelbild: Mikroskopische Bilder von E. coli vor (links) und nach der Desinfektion. Die Bakterien starben schnell, nachdem Sonnenlicht Chemikalien produzierte, die schwere Schäden an den Zellmembranen der Bakterien verursachten, wie in den roten Kreisen dargestellt. (Bildnachweis: Tong Wu/ Universität in Stanford) )