Wenn Flüsse auf das Meer treffen entsteht sogenannte blaue Energie. Forschern ist es nun gelungen, diese mithilfe winziger Bläschen in Strom umzuwandeln.
Salzwasser enthält viele gelöste Ionen, während Süßwasser eine deutlich geringere Konzentration aufweist. Die kontrollierte Wanderung dieser Teilchen in Richtung der niedrigeren Konzentration lässt sich durch eine selektive Membran als Energiequelle einfangen. Bisher standen Forscher jedoch vor physikalischen Grenzen bei der Geschwindigkeit dieser Ionenbewegung.
In vielen Membranen behindern sich die Geschwindigkeit des Ionenflusses und die Präzision der Ladungstrennung gegenseitig. Materialien, die Teilchen schnell hindurchlassen, verlieren oft die Fähigkeit, die Ladungen sauber zu trennen. Zudem erschwerten ein mechanischer Druck und lange Laufzeiten den stabilen Einsatz solcher Systeme außerhalb von Laborbedingungen.
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Liposomen in stalaktitenförmigen Poren
Ein Team der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) unter der Leitung von Aleksandra Radenovic präsentiert nun eine Lösung für diese Engpässe. Die Forscher kombinieren die poröse Struktur von Polymermembranen mit präzise gesteuerten Kanälen. Dieser hybride Ansatz ermöglicht eine hocheffiziente Energieumwandlung in einem skalierbaren Format.
Im Zentrum der Entwicklung stehen stalaktitenförmige Nanoporen, die in eine Membran aus Siliziumnitrid eingebettet sind. Um den Widerstand zu senken, beschichteten die Wissenschaftler diese winzigen Kanäle mit mikroskopisch kleinen Fettbläschen, sogenannten Liposomen. Ohne diesen Überzug bewegen sich Ionen nur sehr schleppend und präzise durch die Poren.
Nach der Behandlung bildetenn die Liposomen eine Lipid-Doppelschicht, wie sie auch in natürlichen Zellmembranen vorkommt. Durch diese Beschichtung gleiten die Teilchen mit weitaus weniger Reibung hindurch. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung des Ionenflusses und verbessert die Gesamtleistung des Systems.
Blaue Energie: Effizienz durch besondere Beschichtung
Die wasseranziehenden Köpfe der Lipidschichten halten einen extrem dünnen Wasserfilm von nur wenigen Molekülen Dicke fest. Diese Schicht wirkt wie eine Gleitbahn aus Eis, auf der die Ionen fließen, ohne die Porenwände direkt zu berühren. Durch diese Minimierung des Kontakts sinkt die Reibung massiv ab.
Für einen Praxistest ordnete das Team tausend dieser Nanoporen in einem hexagonalen Muster an. Die Anlage erzeugt unter Bedingungen einer natürlichen Flussmündung eine Leistungsdichte von rund 15 Watt pro Quadratmeter. Damit übertrifft die Technologie die Leistung herkömmlicher Polymermembranen um das Zwei- bis Dreifache.
Laut dem Forscher Tzu-Heng Chen ermöglicht die Kontrolle über Geometrie und Oberflächeneigenschaften ein gezieltes Design des Ionentransports. Die Studie belegt experimentell, dass sich Ionenfluss und Selektivität gleichzeitig steigern lassen. Damit bewegt sich die Forschung weg von reinen Leistungstests hin zu einer echten Design-Ära für blaue Energie.
Erstautor Yunfei Teng betont, dass das Prinzip der Hydrationsschmierung universell ist und über die Energiegewinnung hinausgeht. Die Entdeckung der verbesserten Transportmechanismen lässt sich auf viele weitere Geräte übertragen. Die Forschungsergebnisse erschienen am 16. Februar 2026 in der Fachzeitschrift Nature Energy.
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