Robert Klatt
Ein neuer Wassersammler gewinnt permanent sauberes Trinkwasser aus trockener Wüstenluft. Das simple System kann mehrere Wochen ohne Wartung laufen und als Wasserquelle für die Landwirtschaft dienen.
Thuwal (Saudi-Arabien). Obwohl die Luft in Wüsten trocken ist, enthält sie eine geringe Feuchtigkeit, die Menschen als Trinkwasser und zur Bewässerung nutzen können. Die Wissenschaft arbeitet deshalb an neuen Techniken, um das Wasser aus der Luft zu ernten, darunter etwa ein superhygroskopisches Gel der Shanghai Jiao Tong University (SJTU). Nun haben Forscher der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) um Kaijie Yang einen solarbetriebenen Wassersammler entwickelt, der zwei bis drei Liter Wasser aus trockener Luft gewinnen kann.
Die meisten solarbetriebenen Wassersammler nutzen einen zweistufigen Prozess, bei dem zuerst ein absorbierendes Material Wasser aus der Luft sammelt. Sobald das Material gesättigt ist, wird es mit Sonnenlicht erhitzt, um das Wasser zu extrahieren. Bei den bisher nutzbaren Systemen muss dieser Wechsel entweder manuell durch Menschen ausgeführt werden oder durch ein technisches Umschaltsystem, was die Kosten und die Komplexität erhöht.
Der neue Wassersammler der KAUST wechselt hingegen passiv zwischen den beiden Stufen. Er kann somit ohne ein Umschalten kontinuierlich Wasser aus der Wüstenluft gewinnen.
„Unsere anfängliche Inspiration kam aus der Beobachtung natürlicher Prozesse: insbesondere wie Pflanzen Wasser effizient von ihren Wurzeln zu ihren Blättern durch spezialisierte Strukturen transportieren.“
Laut der Publikation im Fachmagazin Nature Communications basiert der innovative Wassersammler auf sogenannten Massentransportbrücken, die den offenen Teil des Systems zur Wasseraufnahme aus der Luft mit dem geschlossenen Teil zur Erzeugung von Trinkwasser verbinden.
Als Massentransportbrücken kommen in dem Wassersammler sogenannte vertikale Mikrokanäle mit einer Salzlösung, die Wasser aufnimmt, zum Einsatz. Die wasserhaltige Salzlösung wird durch eine Kapillarwirkung hinaufgezogen, gibt das Wasser dort ab und läuft dann wieder nach unten.
„Durch die Optimierung des Masse- und Wärmetransports innerhalb des Systems haben wir seine Effizienz und Effektivität verbessert.“
Bei Praxistests des Wassersammlers in Saudi-Arabien hat das System pro Quadratmeter in den Sommermonaten zwei bis drei Liter Wasser und in den Herbstmonaten ein bis zwei Liter Wasser täglich produziert. Es lief dabei mehrere Wochen ohne Wartung. Laut den Forschern zeigen die Tests, dass das System sich zur Trinkwasserversorgung der Menschen und als Wasserquelle für die Landwirtschaft eignet.
„Die Materialien, die wir verwendet haben, waren ein wasserableitendes Gewebe, ein kostengünstiges hygroskopisches Salz und ein Rahmen aus Kunststoff. Wir haben die Materialien aufgrund ihrer Erschwinglichkeit und Verfügbarkeit ausgewählt, sodass wir davon ausgehen, dass die Kosten für eine großflächige Anwendung in einkommensschwachen Gebieten erschwinglich sind.“
Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-024-50715-0
