Trinkwasser aus Wüstenluft - wissenschaft.de
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Trinkwasser aus Wüstenluft

Das neu entwickelte Material bindet Luftfeuchtigkeit und bildet dabei ein Hydrogel, dem das Wasser entlockt werden kann. (Credit: 2018 KAUST)

Brütende Hitze und extreme Trockenheit… Doch auch in Wüstengebieten gibt es Wassermassen – und zwar in Form der Luftfeuchtigkeit. Nun präsentieren Forscher ein simpel-geniales Konzept, durch das sich dieser Schatz anzapfen lässt. Eine raffinierte Substanz in einem Gerät bindet dabei in der Nacht Luftfeuchtigkeit und gibt sie am Tag unter Sonneneinstrahlung als Wasser wieder frei. Aus dem Konzept könnte sich eine praktische Trinkwasserquelle für abgelegene Trockengebiete entwickeln, sagen die Entwickler.

Man braucht nur an eine Glasscheibe zu hauchen und schon macht sich die Luftfeuchtigkeit bemerkbar – das Wasser kondensiert und bildet auf der kühlen Oberfläche winzige Töpfchen. Unsere Atemluft enthält besondere viel Feuchtigkeit, doch einen gewissen Wasservorrat besitzt die Luft auf unserem Planeten überall. Schätzungen zufolge schweben insgesamt etwa 13 Billionen Tonnen Wasser in der Erdatmosphäre. Ein Teil davon kommt durchaus auch in der Luft von Trockengebieten vor. In der Nacht kann selbst dort die relative Luftfeuchtigkeit auf über 60 Prozent steigen.

Diesen flüchtigen Wasserschatz in nutzbare Flüssigkeit zu verwandeln, ist schon lange ein Ziel von Forschern. Doch bisher basieren die Konzepte auf vergleichsweise komplizierten Geräten und Materialien. Für den praktischen Einsatz, vor allem in entlegenen Regionen, sind sie oft zu ineffizient, zu teuer oder zu komplex, sagen die Forscher um Peng Wang von der saudi-arabischen King Abdullah University of Science & Technology in Thuwal. Was diese Probleme betrifft, repräsentiert ihr neues Verfahren nun einen großen Fortschritt, sind sie überzeugt.

Salziges Bindemittel clever integriert

Das Kernelement ihres Verfahrens bildet ein überraschend simpel wirkendes Material: das preisgünstige Salz Calciumchlorid. Diese ungiftige Substanz hat bekanntermaßen eine extrem hohe Affinität gegenüber Wasser: Es kann aus der Umgebungsluft so viel Luftfeuchtigkeit aufnehmen, dass es sich schließlich in eine flüssige Lösung verwandelt. Es wurde deshalb auch schon bei bisherigen Konzepten zur Wassergewinnung genutzt. Doch wie die Forscher erklären, war dabei die Entstehung einer Flüssigkeit aus Calciumchlorid und Wasser ein großes Problem: „Systeme, die flüssige Sorptionsmittel verwenden, sind sehr kompliziert“, erklärt Li. Es ist demnach schwierig, dem Gebräu das gebundene Wasser wieder zu entlocken.

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Dieses Problem haben die Forscher nun überwunden: Es ist ihnen gelungen, das Salz mit einem Polymer zu verbinden. Diese Substanz kann große Wassermengen aufnehmen und dennoch fest bleiben – es bildet ein sogenanntes Hydrogel. Sie fügten dem Material außerdem Kohlenstoffnanoröhrchen hinzu. Dieser Bestandteil ermöglicht, dass die aufgenommene Luftfeuchtigkeit anschließend auf clevere Weise wieder freigesetzt werden kann: Kohlenstoffnanoröhren absorbieren sehr effizient Sonnenlicht und wandeln die eingefangene Energie in Wärme um. Bei dem Konzept der Forscher dient dieser Effekt der Freigabe des Wassers.

Ein Prototyp zeigt das Potenzial

Dass das Material hält, was es verspricht, haben die Wissenschaftler durch Versuche mit einem Prototyp-Gerät verdeutlicht. Darin war ein 35 Gramm schweres Stück ihres salzigen Polymers eingebaut. Während der Nacht sammelte es aus der Wüstenluft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 Prozent insgesamt 37 Gramm Wasser. Am folgenden Tag wurde das Hydrogel in der Kammer des Geräts natürlicher Sonnenstrahlung ausgesetzt. Dadurch wurde es gleichsam zum Schwitzen gebracht: Wasserdampf tritt aus und kondensiert dann an einer Metallplatte in dem Gerät. Anschließend sammelt sich das Kondensat als Flüssigkeit. Nach 2,5 Stunden Sonnenbestrahlung gab das neue Material auf diese Weise 20 Gramm des nachts aufgenommenen Wassers in der Form von Trinkwasser wieder frei, berichten die Entwickler.

„Der wichtigste Aspekte des Hydrogels ist die hohe Leistung in Kombination mit den niedrigen Kosten“, betont Li. Er und seine Kollegen wollen nun die Kapazität des Geräts erhöhen, um es zu einem praktikablen Wasserlieferanten zu machen. Von dem Potenzial sind sie überzeugt: „Diese Art Wassergenerator ist erschwinglich, arbeitet effizient in einem breiten Luftfeuchtigkeitsbereich, benötigt keinen Strom und eignet sich daher besonders für die Produktion von sauberem Wasser in abgelegenen Trockenregionen“, schreiben die Entwickler.

Quelle: King Abdullah University of Science & Technology (KAUST), Environmental Science & Technology, doi: 10.1021/acs.est.8b02852

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