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Technik hilft Menschen: Wasser aus der Wüstenluft
Panorama 3 Min. 23.05.2017

Technik hilft Menschen: Wasser aus der Wüstenluft

In Trockengebieten eingesetzt, könnten die neuen Techniken zur Gewinnung von Trinkwasser das Leben von 
Millionen Menschen positiv beeinflussen.

Technik hilft Menschen: Wasser aus der Wüstenluft

In Trockengebieten eingesetzt, könnten die neuen Techniken zur Gewinnung von Trinkwasser das Leben von 
Millionen Menschen positiv beeinflussen.
Foto: Shutterstock
Panorama 3 Min. 23.05.2017

Technik hilft Menschen: Wasser aus der Wüstenluft

Mit einem neuen Material wollen Forscher Trinkwasser aus trockener Luft gewinnen. Es soll die Versorgung von Entwicklungsländern verbessern.

Von Andreas Hirstein

Der Zugang zu sauberem Trinkwasser ist für zwei Drittel der Menschheit keine Selbstverständlichkeit. Diese Menschen leben in Regionen, die jedes Jahr mindestens einmal unter Wasserknappheit leiden. 10 000 von ihnen sterben jährlich, weil sie verunreinigtes Wasser konsumieren müssen.

Von den technischen Methoden, die Wasserknappheit in trockenen Weltgegenden zu bekämpfen, hat sich im großtechnischen Maßstab bis anhin nur die Meerwasserentsalzung bewährt. Dieses Verfahren ist aber nur in der Nähe der Küsten möglich, es benötigt teure Energie und hinterlässt große Mengen umweltschädlicher Salzsole.

Eine andere, bis jetzt kaum genutzte Trinkwasserquelle könnte die Luft sein. Denn in der Atmosphäre der Erde sind 13 000 Kubikkilometer Wasser gespeichert. Das ist mehr als in allen Flüssen der Erde zusammengerechnet und immerhin rund 10 Prozent des Volumens aller Süßwasserseen.

Dieses unsichtbare Reservoir in eine Quelle zu verwandeln, ist das Ziel von Wissenschaftlern der Universität Kalifornien in Berkeley und des Massachusetts Institute of Technology in Boston. Die Forscher haben ein neuartiges Material entwickelt, das trockener Luft mit einer relativen Feuchte von 20 bis 30 Prozent Wasser entzieht. „Diese Werte sind typisch für Wüsten und andere aride Zonen der Erde, in der rund ein Drittel der Menschheit lebt“, sagt Omar Yaghi, der Forschungsleiter von der Universität in Berkeley. Heute kommerziell verfügbare Methoden benötigen feuchtere Luft. Führend ist die israelische Firma Water-Gen, deren ursprünglich für das Militär entwickelte Maschinen nach dem Prinzip eines Entfeuchters funktionieren: Sie benötigen elektrischen Strom, um die Luft unter den Taupunkt zu kühlen, so dass sich das Wasser auf einer kalten Oberfläche niederschlägt.

Wassermoleküle einfangen

Für das von Yaghi und seinen Kollegen entwickelte Material genügen dagegen schon die natürlichen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht. „Wir setzen metallorganische Materialien ein“, sagt Yaghi. Dabei handelt es sich um Verbindungen aus einem Metall und organischen Molekülgruppen. Vor bloßem Auge sieht das Material aus wie Sand. Auf der mikroskopischen Ebene aber zeigen sich poröse Körnchen mit einer internen Oberfläche von 7 000 Quadratmetern pro Gramm. Nachts, bei Temperaturen von 25 Grad bleiben Wassermoleküle an dem Material haften. Tagsüber, wenn die Sonne das Material auf 65 Grad erwärmt, lösen sie sich wieder.

Die Forscher haben das Material – sie nennen es MOF-801 – in einem einige Zentimeter großen Prototyp getestet. Oben in der würfelförmigen Apparatur befindet sich MOF-801. Bei geöffneter Seitenwand strömt die Luft nachts in die Apparatur. Wassermoleküle, die zufällig in die Poren des aktiven Materials gelangen, bleiben dort hängen.

Tagsüber schließt man die Apparatur, die Sonne erwärmt das Material, wodurch das gebundene Wasser in die Gasphase übergeht und sich auf der kühleren Grundplatte, dem Kondensator, niederschlägt und von dort abgeleitet wird. Die Wissenschaftler haben die Funktion ihres Apparats im Labor unter exakt definierten Bedingungen und auf dem Dach eines Instituts in Boston erprobt. „Dies ist das erste Material, das Wasser bei niedriger Luftfeuchtigkeit und ohne elektrische Energie gewinnen kann“, sagt Yaghi.

Preiswerte Materialien benötigt

Durch Veränderungen der chemischen Zusammensetzung des Materials ließe es sich zudem auch auf andere Klimazonen anpassen. „In den letzten 20 Jahren wurden Tausende verschiedene metallorganische Materialien hergestellt“, sagt Yaghi. „Die Möglichkeiten, weitere zu produzieren, sind nahezu unbegrenzt, weil man die Zusammensetzung der Metalle und der organischen Moleküle variieren kann.“

Für ein kommerziell erfolgreiches Produkt wird dies auch nötig sein. Denn das im Prototyp verwendete Zirkonium ist für Entwicklungsländer zu teuer. Und möglicherweise gibt es Materialkombinationen, die Wasser noch effektiver gewinnen als MOF-801. „Wir haben vorläufige Resultate mit einem auf Aluminium basierenden Material, das ähnlich gut abschneidet wie MOF-801“, sagt Yaghi. „Damit könnten wir die Kosten senken, weil Aluminium mindestens 100-mal billiger ist als Zirkonium.“

Metallorganische Stoffe seien für andere Anwendungen in der Industrie schon seit Jahrzehnten erforscht worden und zeigten kaum Alterungserscheinungen. Auch bei MOF-801 hätten sich auch nach 80 im Labor durchgeführten Temperaturzyklen keinerlei Funktionseinbußen ergeben, sagt Yaghi. Über die Lebensdauer der Materialverbindungen in einer Alltagsanwendung mache er sich daher keine Sorgen, sagt Yaghi.

Artikel aus der „Neue Zürcher Zeitung“, Syndizierungspartner des „Luxemburger Wort“


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