Wasser aus trockener Wüstenluft

Austin (USA) - Luftfeuchte ist eine bedeutende Quelle für Trinkwasser. Denn die Atmosphäre enthält weltweit etwa 13 000 Kubikkilometer Wasser und nur zwei Prozent davon konzentrieren sich in Wolken oder Nebel. Poröse Materialien können selbst aus scheinbar trockener Wüstenluft signifikante Mengen Wasser aufnehmen. Amerikanische Forschende entwickelten nun einen Wassersammler aus mehreren dünnen Schichten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten, kann dieser Wassersammler – unterstützt von der Wärme des Sonnenlichts – pro Tag rund zwei Liter Wasser mit einem Kilogramm Absorbermaterial aus der Luft gewinnen.

Yaxuan Zhao und ihre Arbeitsgruppe an der University of Texas at Austin wählten ein poröses Hydrogel auf der Basis von Hydroxypropylzellulose. Dieses Material reicherten sie mit Lithiumchlorid und Nanopartikels aus einem Kunststoff – Polypyrrol, dotiert mit Polystyrolsulfonat – an. Fünf Folien aus diesem Material schichteten sie übereinander und setzen sie in eine Kammer, durch die die umgebende Luft zirkulieren kann.

Die Effizienz ihres Prototypen überprüften die Forschenden in Luftströmen mit unterschiedlicher Luftfeuchte. Binnen drei Stunden absorbierten die Schichten bei 15 Prozent relativer Luftfeuchte 0,6 Gramm pro Gramm Absorbermaterial. Bei 30 Prozent Luftfeuchte waren es bereits 0,91 Gramm und bei 60 Prozent sogar 1,57 Gramm. Nach dieser durch die bei tieferen Temperaturen hydrophilen Eigenschaften des Materials unterstützten Wasseraufnahme war das Material mehr oder weniger mit Wasser gesättigt.

Auf diese Phase des Wassersammeln folgte der Entnahmezyklus. Die Abgabe des Wassers ließ sich durch die einfallende Sonnenstrahlung effizient durchführen. Denn auf gut 60 Grad erwärmt wandelten sich die Materialeigenschaften von einem hydrophilen zu einem hydrophoben, also Wasser abstoßenden, Zustand. Bis zu 80 Prozent des gesammelten Wassers gab das Material innerhalb von nur 30 Minuten ab und konnte für eine weitere Nutzung aufgefangen werden.

Dieser zyklische, von der Wärme des Sonnenlichts unterstützte Prozess kann effizient für die Gewinnung von Trinkwasser an jedem sonnenreichen Ort der Erde genutzt werden. Nach Berechnungen der Forschenden genügt ein Wassersammler mit einem Quadratmeter Fläche, um bei starker Sonnenstrahlung gut 500 Liter Wasser pro Jahr gewinnen zu können. Diese Bedingungen herrschen etwa in Dubai, Kairo oder Riad. Doch auch weniger sonnenverwöhnte Orte wie Kapstadt oder Peking könnten von der Technologie profitieren und gut 400, respektive 300 Liter Wasser pro Jahr zu sammeln.