Robert Klatt
Ein neues Hydrogel ermöglicht es über Solarpaneele Strom und Wasser in der Wüste zu gewinnen.
Thuwal (Saudi-Arabien). In vielen Wüsten fehlt es den Bewohnern nicht nur an Trinkwasser, sondern auch an Strom für Pumpen und andere landwirtschaftliche Geräte. Wasser- und Stromleitungen lassen sich in die teils sehr abgelegenen Regionen jedoch kaum verlegen. Eine Lösung für dieses Problem sind dezentrale Einrichtungen, die direkt vor Ort errichtet werden. Bei der Stromerzeugung ist dies dank Photovoltaikanlagen inzwischen problemlos möglich und auch Wasser kann theoretisch aus trockener Wüstenluft gewonnen werden.
Wissenschaftler der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST) haben nun ein System vorgestellt, das Wasser und Strom in der Wüste erzeugen kann. „Unser System gewinnt Wasser aus der Luft und nutzt dafür saubere Energie, die ansonsten verloren gegangen wäre. Das eignet sich daher besonders für dezentrale, kleine Siedlungen in entlegenen Gebieten wie Wüsten oder Inseln“, erklärt Peng Wang.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Cell Reports Physical Science besteht das WEC2P genannte System aus zwei Komponenten, die ein Hydrogel miteinander verbindet. Das Polymergerüst des Hydrogels besteht aus dem Salz Calciumchlorid und der organischen Verbindung Polyacrylamid. In Kombination können diese Materialien große Mengen an Wasser binden. Überdies ist das Hydrogel bereits bei geringerer Luftfeuchtigkeit wasseranziehend.
Wie die Entwickler erklären, hilft das Hydrogel sowohl bei der Stromerzeugung als auch bei der Wassergewinnung. In den kühlen Wüstennächsten bindet das Hydrogel Wasser aus der Luft. Während der Tage gibt das Hydrogel aufgrund der Hitze der Sonne und der Paneele der Solaranlage das Wasser wieder ab. Es kann somit zum Beispiel für die Landwirtschaft genutzt werden. Zudem absorbiert das Wasser bei diesem Prozess einen Teil der Wärme der Solarzellen und erhöht dadurch deren Stromausbeute. Bei zu hohen Temperaturen verlieren Solarzellen nämlich signifikant an Effizienz.
Im April und Mai 2021 untersuchte das Team um Wang in der Wüste Saudi-Arabiens, ob ihr System auch im praktischen Einsatz. Ohne ihr System heizten sich die Photovoltaikmodule tagsüber auf bis zu 90 Grad Celsius auf. Mit dem Hydrogel war die Temperatur im Mittel um 13 bis 14 Grad Celsius geringer. „Dadurch stieg die Stromausbeute um neun bis 9,9 Prozent gegenüber den ungekühlten Paneelen an“, erklärt Wang. Mit einer 30 mal 60 Zentimeter großen Solarzelle und einer Kondensationsbox konnten pro Tag 600 Milliliter Wasser gewonnen werden. Dies reichte dazu aus, um in der Wüste Spinatsämlinge aufziehen.
„Unser Ziel ist es, ein integriertes System für saubere Energie, Wasser und die Nahrungsproduktion zu entwickeln. Vor allem der Wassergewinnungs-Teil unseres Konzepts unterschiedet uns dabei von anderen Agro-Photovoltaik-Ansätzen“, so Wang. In Zukunft soll ein noch effizienteres Hydrogel die Wassergewinnung aus der Luft weiter verbessern.
„Sicherzustellen, dass jeder Mensch auf der Erde Zugang zu sauberem Wasser und bezahlbarer sauberer Energie hat, ist Teil der nachhaltigkeitsziele der UN. Ich hoffe, dass unser System dazu beitragen kann, dezentral Strom und Wasser zu erzeugen“ erklärt Wang.
Cell Reports Physical Science, doi: 10.1016/j.xcrp.2022.100781
