Trinkwasser aus trockener Wüstenluft

Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass die Atmosphäre etwa 13 000 Kubikkilometer Wasser enthält und sich nur zwei Prozent davon in Wolken und Nebel konzentrieren. Daher ist Luftfeuchte eine signifikante Trinkwasserquelle, die im Prinzip überall angezapft werden kann. Zu diesem Zweck entwickelten Wissenschaftler nun einen extrem porösen Werkstoff, der selbst in heißen und trockenen Regionen Trinkwasser aus der Luft sammeln kann. In der Fachzeitschrift „Science“ präsentieren sie ihren ersten Prototyp eines Wasserkollektors, der sogar bei einer geringen Luftfeuchte noch funktioniert.

Gitterstruktur des Materials mit regelmäßig angeordneten gelben Kugeln, die blaue Wasserelemente mit roten Ketten an sich binden
Modell eines metallorganischen Gerüsts

Das poröse Material besteht aus einem sogenannten metallorganischen Gerüst. Solche Strukturen weisen pro Gramm eine Oberfläche von bis zu 7000 Quadratmetern auf. Omar Yaghi vom Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA und seine Kollegen fertigten nun eine spezielle metallorganische Substanz – die Wasser absorbiert – aus Zirkoniumoxid und einem Salz der Fumarsäure, einem Fumarat. Nach der Kristallisation aus einer flüssigen Lösung entstand ein sandähnliches Pulver, mit dem die Forscher die Innenwände eines porösen Kupferschaums beschichteten. „Wenn die Luft durch das Material weht, wird Wasser in Nanometer kleinen Poren eingefangen und konzentriert“, erklärt Yaghi das Prinzip des Wasserkollektors. Messungen zeigten, dass selbst bei einer Luftfeuchte von nur 20 Prozent etwa ein Viertel Liter Wasser pro Kilogramm des porösen Materials absorbiert wird. Um das Wasser aus der Struktur abzuzapfen, reicht die Wärme der Sonnenstrahlung aus: Das Wasser verdunstet, dampft aus den Nanoporen und kondensiert direkt an mehreren Kühlrippen an der Rückseite des Geräts.

Mit Modellrechnungen bestimmten Yaghi und sein Team das ideale Design für einen effizienten Wasserkollektor. Mit einer nur fünf Millimeter dünnen Schicht aus der metallorganischen Substanz könnte knapp ein halber Liter Wasser pro Quadratmeter Kollektorfläche gesammelt werden. Wird der Sammelzyklus kontinuierlich wiederholt, halten die Forscher eine Tagesausbeute von einigen Litern für möglich. Im Unterschied zu anderen Verfahren zur Trinkwassergewinnung aus Luftfeuchte oder Tau, benötigen die neuen Wasserkollektoren über die Sonneneinstrahlung hinaus keine weitere Energieversorgung. Da sich die porösen Werkstoffe aus günstigen Substanzen produzieren lassen, rechnen die Wissenschaftler um Yaghi schon bald mit größeren Pilotanlagen, um diese Art der Trinkwassergewinnung unter realen Bedingungen zu testen.