Wasser aus der Luft mit Solarenergie

17. April 2017, 11:43 Uhr
Wasserernter des MIT mit MOFs der UC Berkeley. Bild: MIT / Labor von Evelyn Wang.
Wasserernter des MIT mit MOFs der UC Berkeley. Bild: MIT / Labor von Evelyn Wang.
Man stelle sich vor, dass jedes Haus mit einer Kiste ausgestattet ist, die das für den täglichen Bedarf benötigte Wasser einfach der Luft entzieht. Und das auch und vor allem da, wo die Luft sehr trocken ist, wie etwa in Wüsten- und Steppengebieten. Das Beste daran: Fast ohne mechanische Teile oder komplexe Elektronik, rein mit direkt einstrahlender Sonnenenergie.

Es ist wohl nicht mehr weit, dass solche technischen Lösungen Realität werden, denn Forscher des MIT konnten mit Hilfe von sogenannten MOFs (Metal-Organic Frameworks) – hergestellt von der University of California at Berkeley – einen Harvester herstellen und praktisch demonstrieren, dass er selbst aus Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von nur 20 % noch Wasser extrahieren kann. Solche Luftfeuchtigkeiten sind in den trockenen Gebieten der Welt üblich. Der Prototyp war dazu in der Lage, bei Luftfeuchtigkeiten von 20 bis 30 % noch 2,8 Liter Wasser pro Tag zu extrahieren.
 

MOF-Struktur: Die gelben Kugeln entsprechen den Poren, in denen Wasser eingelagert werden kann. Bild: UC Berkeley / Berkeley Lab

 
MOFs sind netzwerkartige Strukturen aus organischen Verbindungen und metallischen Einheiten. In den vorhandenen Lücken können je nach Aufbau und Ausgangsmaterialien bestimmte Moleküle besonders stabil eingelagert werden. Möglich sind Gase von Wasserstoff bis Methan. Die Speicherdichte ist dabei erstaunlicherweise höher, als wenn man die Gase unter Druck in großen Tanks pressen würde. Seit der Erfindung von MOFs vor etwa 20 Jahren wurden über 20.000 unterschiedliche Varianten entwickelt. Das hier verwendete MOF besteht aus Zirkon und Adipinsäure und kann besonders gut Wasser speichern. Schon bei der Entwicklung 2014 wurde ins Auge gefasst, damit einen Wasserextraktor zu bauen. Jetzt ist es soweit.

Im ersten Bild sieht man den Aufbau des Wasserernters. Innendrin befindet sich rund 1 kg an MOF-Kristallen, die zwischen einer oberen, lichtabsorbierenden Schicht und einer unteren Kondensator-Platte gepresst sind. Der durch den Kasten streifenden Luft wird aufgrund der starken hygroskopischen Eigenschaften der MOFs das Wasser entzogen. Durch ein lichtdurchlässiges Fenster im Gehäuse oben gelangt das Sonnenlicht und erhitzt das MOF-Material oben, wodurch das Wasser Richtung untere Metallplatte getrieben wird, die durch eine Heatpipe auf der Temperatur der umströmenden Luft gehalten wird, weshalb dort das Wasser kondensiert und abgeleitet wird. Das Prinzip ist so simpel wie effektiv. Wenn die Eigenschaften auch langzeitstabil gestaltet werden können, ist das ein richtiger Durchbruch bei der sinnvollen Verwendung von Solarenergie ganz ohne Solarzellen.
 
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