Cambridge/USAEin nur mit Sonnenenergie betriebenes Gerät kann sogar aus trockener Luft Trinkwasser erzeugen. US-Forscher haben die Ausbeute eines früheres Prototypen mehr als verdoppelt und verwenden dabei nun preisgünstige Materialien: Mit zwei Wassergewinnungsstufen sammelt der neue Apparat binnen eines Tages knapp 0,8 Liter Wasser pro Quadratmeter Sonnenkollektorfläche. Das Gerät stellt die Forschergruppe um Evelyn Wang vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge in der Fachzeitschrift „Joule“ vor.

„Die Wasserentnahme aus der Atmosphäre ist eine Strategie, mit der das Problem der Wasserknappheit angegangen werden kann, insbesondere in Gebieten mit begrenzter Infrastruktur“, schreiben die Wissenschaftler. Zwar gebe es schon Geräte, die Wasser aus Nebel oder Morgentau sammeln. Voraussetzung für einen Nebelernter sei aber eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent, was gegenwärtig nur an manchen Küstenwüsten genutzt werde. Auch für das Sammeln von Morgentau benötige man eine hohe relative Luftfeuchtigkeit und gleichzeitig gekühlte Oberflächen, auf denen das Wasser kondensieren könne.

Preisgünstiges Material

Das Gerät der MIT-Forscher braucht dagegen weder eine besonders hohe Luftfeuchte noch eine Energiezufuhr - abgesehen von Sonnenstrahlen. Mit einem Vorgängermodell hatte Wangs Arbeitsgruppe vor einigen Jahren eine Ausbeute von 0,34 Litern Wasser pro Quadratmeter Sonnenkollektor erreicht. Allerdings hatte sie damals als Material für den sogenannten Adsorber, an dem sich Feuchtigkeit aus der Luft in winzigen Tröpfchen niederschlägt, Verbindungen verwendet, die teuer sind.

Um das Gerät künftig in sehr viel größerem Maßstab bauen zu können, suchten die Forscher nach einem preisgünstigeren Material. Das fanden sie in einem kommerziell angebotenen Zeolithen, einer Verbindung aus Aluminium-, Phosphor- und Eisenoxiden. Dieses Material ist mikroporös - es besitzt also sehr viele Poren und damit eine große Oberfläche, an der sich viel Feuchtigkeit anlagern kann. Dies geschieht nachts, wenn die noch warme Luft an dem kühleren Adsorbermaterial kondensiert.

Das Adsorbermaterial - bestehend aus zwei Platten - mit der angelagerten Feuchtigkeit wird nach der Nacht am Morgen in einen Kasten eingesetzt, der das Wasser sammeln soll. Das funktioniert so: An der Oberfläche des Kastens nimmt ein Sonnenkollektor 93 Prozent der Wärmestrahlung der Sonne auf. Dieser erhitzt die obere Adsorberplatte auf etwa 90 Grad, so dass das Wasser aus der Adsorberschicht verdampft, sich auf einer Kupferplatte sammelt und in einen Behälter fließt.

Ein Modell des Zwei-Stufen-Geräts.
Foto dpa/Cell Press

Hinzu kommt die zweite Gewinnungsstufe: Die Kupferplatte ist mit der zweiten Adsorberschicht verbunden - und die freiwerdende Wärme des kondensierenden Wassers aus der ersten Gewinnungsstufe erwärmt diese zweite Schicht auf etwa 60 Grad Celsius. Die Temperatur reicht aus, dass die darin enthaltene Feuchtigkeit sich auf einer unteren, zweiten Kupferplatte, die nur rund 30 Grad Celsius warm ist, ebenfalls sammelt und in einen Behälter fließt. Um diese Platte 30 Grad kühl zu halten, hilft ein kleiner elektrischer Ventilator. Die auf der zweiten Stufe gewonnene Wassermenge ist etwa halb so groß wie die der ersten Stufe.

In Modellberechnungen ermittelten Wang und Kollegen, dass sie den Ertrag des Zwei-Stufen-Geräts weiter steigern können, wenn sie den Wärmeverlust rund um den Sonnenkollektor um 50 Prozent reduzieren. Dies sei womöglich erreichbar mit einem durchsichtigen Aerogel, das auf den Sonnenkollektor aufgetragen wird und dann die Sonnenstrahlen durchlässt, aber die Wärme zurückhält.

Im Experiment wurde die Wassermenge von 0,77 Litern bei Luft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 68 Prozent gesammelt. Messungen im Labor und Modellberechnungen ergaben, dass das Gerät auch noch bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 35 Prozent Wasser gewinnen kann - also unter trockenen klimatischen Bedingungen. (dpa/fwt)