An Wasserreinigung geforscht - Kernfusions-Durchbruch gefunden

Die Entdeckung erfolgte unerwartet während einer Forschungsarbeit zur Wasserreinigung: Wissenschaftler haben ein alternatives Verfahren zur Gewinnung von Lithium-6 gefunden, das für die Kernfusion benötigt wird.

Lithium-6 leicht ausfiltern

Die Wissenschaftler arbeiteten eigentlich an speziellen Filtermembranen zur Aufbereitung von "produziertem Wasser", einem Nebenprodukt der Erdöl- und Erdgasförderung. Dabei stellten sie fest, dass diese Membranen ungewöhnlich hohe Mengen an Lithium aufnahmen. Diese Beobachtung führte zu weiteren Untersuchungen, die letztlich eine neue Möglichkeit zur selektiven Trennung von Lithium-6 offenbarten.

Bisher gelangt man eigentlich nur über das COLEX-Verfahren zu einer ausreichenden Konzentration des Isotops. Dieses ist aber beispielsweise in den USA bereits seit dem Jahr 1963 verboten, da es enorme Umwelt- und Gesundheitsschäden verursachen kann. Immerhin beruht es hauptsächlich auf dem Einsatz von Quecksilber. Die Kernfusionsforschung beruhte daher weitgehend auf den begrenzten Lithium-6-Beständen des Oak Ridge National Laboratory.


Der entscheidende neue Mechanismus basiert auf der einzigartigen Struktur von Zeta-Vanadiumoxid (Ζ-V2O5), das aus eindimensionalen Tunnelstrukturen besteht. Die Forscher entwickelten eine elektrochemische Zelle mit einer Ζ-V2O5-Kathode. Wenn eine lithiumhaltige Lösung durch die Zelle geleitet und eine elektrische Spannung angelegt wird, werden die positiv geladenen Lithium-Ionen von der negativ geladenen Kathode angezogen. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Masse verhalten sich Lithium-6 und Lithium-7 jedoch verschieden: Lithium-6 haftet stärker an den Tunnelstrukturen, während Lithium-7 leichter wieder entweicht.

Ohne Quecksilber

Die Forscher konnten zeigen, dass bereits ein einzelner Durchlauf durch die elektrochemische Zelle den Anteil von Lithium-6 um 5,7 Prozent erhöht. Um den für die Kernfusion erforderlichen Mindestanteil von 30 Prozent zu erreichen, muss der Prozess einige Male wiederholt werden. Bei 45 Zyklen lässt sich sogar eine Reinheit von 90 Prozent erzielen, was mit der Effizienz des herkömmlichen COLEX-Verfahrens vergleichbar ist - jedoch ohne die Risiken von Quecksilber.

Obwohl sich die Methode noch im experimentellen Stadium befindet, sind die Forscher zuversichtlich, dass sie sich in einen skalierbaren und kostengünstigen industriellen Prozess überführen lässt. "Die Ergebnisse zeigen, dass Materialien wie Ζ-V2O5 nicht nur zur Isotopentrennung von Lithium, sondern auch zur Trennung anderer Stoffe genutzt werden könnten", erklärt der Chemiker Sarbajit Banerjee von der ETH Zürich und der Texas A&M University.


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