20-Fuß-Container gewinnt täglich bis zu 1.000 Liter Wasser aus der Luft

Eine neue Anlage, untergebracht in einem handelsüblichen 20-Fuß-Container (6 Meter), hat gezeigt, dass sie täglich bis zu 1.000 Liter sauberes Wasser unmittelbar aus trockener Luft gewinnen kann – ohne zentralisierte Stromversorgung oder Pipelines.

Damit erscheint die Luft selbst als verlässliche Wasserquelle für Regionen, in denen Stürme, Dürren oder eine versagende Infrastruktur die Bevölkerung gefährden.

Feuchtigkeit aus der Luft gewinnen

Im Inneren eines 20-Fuß-Containers (6 Meter) fängt das System Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf und wandelt sie direkt vor Ort in Trinkwasser um.

Professor Omar Yaghi von der University of California, Berkeley (UC Berkeley), zeigte, dass dieses modulare Konzept auch bei beschädigten Stromnetzen eigenständig arbeiten und dennoch eine konstante tägliche Wassermenge liefern kann.

Selbst unter ariden Bedingungen entzieht die Einheit der Luft weiterhin Wasser, solange Umgebungswärme vorhanden ist, um den Kreislauf anzutreiben.

Die Leistung hängt jedoch vom örtlichen Klima und einem dauerhaften Betrieb ab – Faktoren, die entscheidend dafür sind, wie die Technologie in der Praxis funktioniert.

Wärme statt Strom

Anstelle von Motoren, Kompressoren oder einem Anschluss an das Stromnetz setzt der Kreislauf auf niedriggradige Wärme aus der Umgebungsluft.

Eine geringe Temperaturdifferenz erwärmt das Material, damit es Wasserdampf freisetzt, und kühlt es anschließend wieder ab, um erneut Feuchtigkeit aufzunehmen.

Nach Angaben der Ingenieure kann bereits ein Unterschied von etwa 13°F (7°C) ausreichen, damit der Aufnahme- und Freisetzungszyklus den ganzen Tag läuft.

Der geringe Energiebedarf erleichtert es, die Anlagen mit Solarwärme oder vor Ort verfügbarer Abwärme zu kombinieren.

Feuchtigkeit bindende Kristalle

Poröse Kristalle in Kartuschen fangen Wasser auf, indem sie Moleküle aus der durchströmenden Luft herausziehen.

Chemiker bezeichnen sie als metallorganische Gerüstverbindungen. Diese porösen Kristalle besitzen eine enorme innere Oberfläche, an der sich Wasser zunächst anlagert.

Bei niedrigeren Temperaturen binden sich Wassermoleküle, bei steigender Wärme werden sie wieder freigesetzt und als Dampf konzentriert, sodass sie kondensieren können.

Staub und Öle können die Poren verstopfen; deshalb sind Filter und Reinigungsschritte ebenso wichtig wie die Chemie selbst.

Chemie hinter der Wassergewinnung

Die Konstruktionsentscheidungen legen fest, ob die Kristalle bereits bei niedriger Luftfeuchtigkeit Wasser aufnehmen oder erst bei schwüler Luft aktiv werden.

Yaghis Team an der UC Berkeley nutzte retikuläre Chemie, bei der Moleküle zu wiederkehrenden Netzwerken verknüpft werden, um wasseranziehende Stellen gezielt einzustellen.

Kleinere Poren und stärkere Bindungen ermöglichten es dem Material, Wasser selbst dann festzuhalten, wenn die Luft nur Spuren davon enthielt.

Eine stärkere Bindung erschwert zugleich die Freisetzung. Daher mussten die Ingenieure ein Gleichgewicht zwischen Wasseraufnahme, Wärmezufuhr und Wasserfluss finden.

Nachweis außerhalb des Labors

Feldversuche brachten das Konzept über den Labortisch hinaus und belegten, dass dieselben Materialien Wasser aus Wüstenluft gewinnen können.

Bei einer Vorführung im kalifornischen Death Valley im Jahr 2023 trieb allein Sonnenlicht den Aufnahmezyklus an und führte zur Kondensation von flüssigem Wasser.

Für eine größere Skalierung mussten mehr Material in Module eingebracht, mehr Luft hindurchgeführt und die Wärme mit einfacher Technik gesteuert werden.

Auch bei leistungsfähigen Materialien hängt der Schritt vom Prototyp zur öffentlichen Infrastruktur von Herstellungskosten, Haltbarkeit und Servicenetzen ab.

Trinkwasser sicher aufbereiten

Die Kondensation von Feuchtigkeit aus der Luft garantiert noch kein sicheres Trinkwasser, da Partikel aus der Luft mitgeführt werden können.

Nachdem sich Tropfen gebildet hatten, entfernten Filter Staub und Mikroben. Eine Desinfektion – das Abtöten von Keimen durch Licht oder Chemikalien – bildete eine zusätzliche Schutzbarriere.

Einige Systeme führten zudem Mineralstoffe wieder zu, weil sehr reines Wasser fad schmecken und sich in Rohrleitungen ungewöhnlich verhalten kann.

Qualitätskontrollen blieben unverzichtbar, denn ein Defekt bei Filtration oder Speicherung könnte ein nützliches Gerät in eine Gefahrenquelle verwandeln.

Das Wetter bestimmt die Leistung

Auch trockene Regionen enthalten Wasserdampf, doch die tägliche Ausbeute schwankte mit Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Luftstrom.

Heiße Nachmittage unterstützten die Freisetzung des Wassers aus dem Material, während kühlere Nächte die Aufnahme verbesserten, weil Luft dann weniger Wasser speichern kann.

Standorte in Küstennähe, bei Wäldern oder bewässerten Landwirtschaftsflächen boten gleichmäßigere Feuchtigkeit als hoch gelegene Wüsten fernab der Küste.

Jahreszeitliche Schwankungen könnten Betreiber dazu zwingen, zusätzliche Wassermengen zu speichern oder die Einheiten in den trockensten Wochen mit anderen Quellen zu ergänzen.

Herausforderungen bei der Soleentsorgung

Küstenregionen setzen häufig auf Entsalzung. Die Umwandlung von Meerwasser in Süßwasser hinterlässt jedoch einen konzentrierten Abfallstrom.

Einer globalen Prognose zufolge erzeugen Entsalzungsanlagen mehr Sole als Trinkwasser, was Entsorgungsprobleme und Risiken für Ökosysteme schafft.

Der Umgang mit dieser Sole kann Diffusoren, tiefe Brunnen oder eine kostspielige Aufbereitung erfordern; jede dieser Optionen erhöht Kosten und Kontrollaufwand.

Luftbasiertes Wasser vermeidet Einleitungen ins Meer, kann jedoch nicht die konstante Menge liefern, die eine große Entsalzungsanlage bereitstellt.

Globale Wasserknappheit

Die globale Überwachung erfasste 2022 2,2 Milliarden Menschen ohne sicher verwaltete Trinkwasserversorgung sowie 3,5 Milliarden Menschen ohne sicher verwaltete Sanitärversorgung.

Eine weitere Analyse aus dem Jahr 2016 bezifferte die Zahl der Menschen, die mindestens einen Monat pro Jahr von schwerer Wasserknappheit betroffen sind, auf rund vier Milliarden.

In seiner Rede beim Nobelpreis-Bankett verband Yaghi Wasserstress mit Klimaschutzmaßnahmen und forderte die Verantwortlichen zum Handeln auf.

„Was wir jetzt brauchen, ist Mut, ein Mut im Ausmaß der gewaltigen Aufgabe, damit wir der nächsten Generation nicht nur Kohlenstoffabscheidung schenken, sondern einen Planeten, der ihrer Hoffnungen würdig ist“, sagte Yaghi.

Wie es weitergeht

Der Einsatz dieser Einheiten an realen Standorten wird zeigen, ob technisch entwickelte Kristalle, einfache Wärmequellen und Wartung vor Ort dauerhaft zuverlässig funktionieren.

Sollten die Kosten sinken und die Instandhaltung praktikabel bleiben, könnte luftbasiertes Wasser neben Brunnen und Aufbereitungsanlagen zu einem festen Bestandteil der Krisenvorsorge werden.

Einzelheiten der ursprünglichen Studie wurden in der Fachzeitschrift „Nature Water“ veröffentlicht.

Foto: Brittany Hosea-Small/AP.