2017-04-19

Trinkwasser aus trockener Wüstenluft - Metallorganische Substanzen sammeln Wasser selbst bei geringer Luftfeuchte


Modell eines metallorganischen Gerüsts (MOF), das für eine effiziente Gewinnung von Trinkwasser aus trockener Luft eingesetzt werden kann.

Berkeley (USA) - Die Atmosphäre enthält etwa 13.000 Kubikkilometer Wasser, von denen sich nur zwei Prozent in Wolken und Nebel konzentrieren. Daher ist Luftfeuchte eine signifikante Trinkwasserquelle, die im Prinzip überall angezapft werden kann. Zu diesem Zweck entwickelten nun kalifornische Wissenschaftler 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 von nur 20 Prozent noch funktioniert.

Das poröse Material bestand aus einem metallorganischen Gerüst, kurz MOF genannt. Solche MOF-Substanzen weisen pro Gramm eine enorme Oberfläche von bis zu 7000 Quadratmetern auf. Omar Yaghi vom Lawrence Berkeley National Laboratory und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology fertigten nun eine spezielle, Wasser absorbierende MOF-Substanz aus Zirconiumoxid und einem Salz der Fumarsäure, einem Fumarat. Nach der Kristallisation aus einer flüssigen Lösung entstand ein sandähnliches MOF-Pulver, mit dem die Forscher die Innenwände eines porösen Kupfer-Schaums beschichteten.

„Wenn die Luft durch das Material weht, wird Wasser in Nanometer kleinen Poren eingefangen und konzentriert“, erklärt Omar Yaghi das Grundprinzip seines Wasserkollektors. Die Messungen zeigten, dass selbst bei einer geringen Luftfeuchte von nur 20 Prozent binnen einiger Stunden etwa ein Viertel Liter Wasser pro Kilogramm MOF-Substanz absorbiert wurden. Um das Wasser aus dem porösen Material abzuzapfen, reichte die Wärme der Sonnenstrahlung aus. Das Wasser verdunstete, dampfte aus den Nanoporen und kondensierte direkt an mehreren Kühlrippen an der Rückseite des Wasserkollektors.

Mit Modellrechnungen bestimmten Yaghhi und Kollegen das ideale Design für einen effizienten Wasserkollektor. Demnach können mit einer nur fünf Millimeter dünnen MOF-Schicht 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 MOF-Werkstoffe aus günstigen Substanzen produzieren ließen, rechnet Yaghi schon bald mit größeren Pilotanlagen, um diese Art der Trinkwassergewinnung unter realen Bedingungen zu testen.

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