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Kontaktlose Wasseraufbereitung

Wasseraufbereitung
Das neue System generiert Wasserdampf mithilfe von Sonnenlicht und nutzt diesen zur Trinkwassergewinnung. (Bild: George W. Ni)

Der Zugang zu sauberem Wasser ist ein Menschenrecht. Doch längst nicht überall auf der Welt steht den Menschen dieses Gut ohne weiteres zur Verfügung. Helfen könnte ihnen nun ein neu entwickeltes System, das mithilfe der Kraft der Sonne dreckiges oder salziges Wasser erhitzt und den dabei entstehenden Dampf zur Trinkwassergewinnung nutzt. Der große Vorteil: Das System berührt das Wasser bei diesem Verfahren nicht. Es ist so besser vor dem schädlichen Einfluss von Salz und Co geschützt und funktioniert länger, wie Forscher berichten.

Sauberes Trinkwasser ist in vielen Regionen der Welt keine Selbstverständlichkeit – nicht nur, aber vor allem in Entwicklungsländern. Umso wichtiger ist es, effektive und gleichzeitig kostengünstige Methoden zur Wasseraufbereitung zu finden. Eine simple Lösung haben sich in diesem Zusammenhang vor einigen Jahren Forscher um Thomas Cooper vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge ausgedacht. Sie entwickelten ein wärmeleitendes Material, das die Hitze des Sonnenlichts absorbiert und diese gerichtet zur Wasseroberfläche transportiert. Als Folge beginnt das Wasser in großen Mengen zu verdampfen und kann zu sauberem Trinkwasser kondensiert werden.

Sandwich-artige Konstruktion

Dabei zeichnete sich allerdings ein Problem ab: Damit das Verfahren funktioniert, mussten die bisherigen Systeme auf dem Wasser schwimmen. Durch diesen Kontakt wurden die Materialien im Laufe der Zeit durch den Einfluss von Salz und Dreck verunreinigt und büßten an Leistung ein. Um dies zu verhindern, hat das Wissenschaftlerteam nun eine Alternative konzipiert: ein System, das nicht in direktem Kontakt mit der Wasseroberfläche stehen muss. Die Grundstruktur ihrer Entwicklung ist der eines Sandwiches nachempfunden. Die obere Schicht bildet wie bei den Vorgänger-Systemen ein wärmeabsorbierendes Material. Konkret handelt es sich um einen Verbundwerkstoff aus Keramik und Metall.

Die untere Schicht nimmt die einströmende Wärme dagegen auf und emittiert sie in Form von infraroter Strahlung. Diese Strahlung ist in der Lage, darunter befindliches Wasser bis zum Siedepunkt zu erhitzen. Der aufsteigende Wasserdampf wird von dem System dann wieder aufgenommen und dabei durch eine mittlere Sandwich-Schicht geleitet: ein schwammartiges Material aus Kohlenstoff. Diese Schicht speichert die von oben einströmende Hitze und kann so den aufsteigenden Wasserdampf weiter erwärmen, bevor er durch ein kleines Röhrchen abgeleitet wird. „Es handelt sich um ein vollkommen passives System – man lässt es einfach draußen stehen und Sonnenlicht absorbieren“, erklärt Cooper.

Nicht nur zum Trinken

Erste Praxistests zeigten, dass das System an sonnigen Tagen einwandfrei funktioniert und mithilfe von zusätzlichen Spiegeln, die das Sonnenlicht einfangen, sogar noch effektiver wird. Mit dieser Zusatz-Ausstattung konnten die Forscher über einen Zeitraum von mehreren Stunden kontinuierlich rund 146 Grad Celsius heißen Wasserdampf aus Salzwasser produzieren. Dabei blieben keinerlei Salzkristalle auf der Oberfläche des Systems zurück. „Dieses Design scheint das Problem der Verunreinigung tatsächlich zu lösen“, sagt Coopers Kollege Gang Chen. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte ihr System in Zukunft Familien in abgeschiedenen Regionen mit sauberem Trinkwasser versorgen. Durch die große Hitze eigne sich der produzierte Wasserdampf zudem auch zur Sterilisation von medizinischen Werkzeugen. „Wir arbeiten nun daran, unser System weiter zu optimieren“, schließt Chen.

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Quelle: Thomas Cooper (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-018-07494-2

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