Zwei neue Verfahren 28.06.2018, 12:53 Uhr

Wie aus Wüstenluft und Dunst von Kühltürmen Wasser gewonnen wird

US-Forscher haben zwei neue Techniken vorgestellt, wie man aus der Feuchtigkeit der Luft Trink- und Brauchwasser gewinnen kann. Selbst sehr trockene Luft in der Wüste lässt sich noch mit Erfolg anzapfen. Und Kraftwerke könnten Entsalzungsanlagen ersetzen oder entlasten.

US-Forscher haben eine Technik entwickelt, wie man effektiv den Wasserdampf von Kühltürmen in Trink- und Brauchwasser verwandeln kann. Gerade in heißen Gegenden wie Kalifornien könnte die Nutzung den Druck auf die Trinkwasservorkommen reduzieren.

Foto: Jules_Kitano/Panthermedia.net

Deutlich zu sehen sind die Wassertröpfchen am Metallgitter.

Foto: MIT

Im Labor zeigen die MIT-Forscher, wie der Wasserdampf von Kühltürmen am Gitter abperlt.

Foto: MIT

Forscher aus Berkley mit der Maschine, die noch aus relativ trockener Wüstenluft Trinkwasser gewinnen kann.

Foto: Stephen McNally/UC Berkeley

Das metallorganische Gerüst bietet Räume, in denen sich Wassermoleküle einlagern können. Durch Wärme wird das Wasser anschließend aus dem Metallgitter gelöst.

Foto: UC Berkley

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Ganze 2,5 Prozent des Wassers auf der Erde sind Süßwasser. Ein großer Teil davon ist nicht nutzbar, weil er aus Eis besteht. Zudem sind die Süßwasserreserven weltweit höchst ungleich verteilt. Kein Wunder, dass intensiv nach Möglichkeiten gesucht wird, das lebenswichtige Nass auch dort zu gewinnen, wo es Mangelware ist, etwa in Wüsten oder in Regionen wie Kalifornien, in denen die Landwirtschaft extrem viel Wasser verbraucht.

Jetzt stellten Forscher gleich zwei neue Techniken vor, mit denen sich Trinkwasser gewinnen lässt. Wissenschaftler der University of California in Berkeley (UCB) produzieren es aus Wüstenluft, Kollegen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) aus dem Dampf, der aus den Kühltürmen von Kraftwerken quillt.

Extrem poröses Material fängt Wassermoleküle ein

UCB-Forscher Omar Yaghi und sein Team fangen das bisschen Wasser, das Wüstenluft enthält, mit einem metallorganischen Gerüst (MOF/Metal Organic Framwork) ein, und zwar in der Nacht. MOF sind extrem poröse Werkstoffe. Ein zuckerwürfelgroßes Stück hat eine innere Oberfläche von mehreren Fußballfeldern. Es besteht aus Zirconiumoxid und einem Salz der Fumarsäure. Auf Grund seiner Porösität zieht dieses Material Wassermoleküle magisch an, selbst dann noch, wenn die Luft gerade mal 20 Prozent relative Luftfeuchtigkeit ausweist, also extrem trocken ist. Die MOF-Substanz fängt pro Kilogramm ein Viertel Liter Wasser ein.

Solare Wärme macht das Wasser nutzbar

Die Sonne treibt das Wasser aus den Poren. Es verdampft, wenn sie die beladene MOF-Substanz erwärmt. Der Dampf kondensiert auf Kühlrippen und das dabei entstehende Wasser tröpfelt in einen Vorratsbehälter. Da MOF aus preiswerten Rohstoffen ohne großen Aufwand hergestellt werden, sind sie auch für Großanlagen geeignet. Denn anders als etwa Entsalzungsanlagen benötigt das Verfahren aus Berkeley keine Fremdenergie.

Dampf von Kühltürmen für die Wasserversorgung

Ebenfalls für die Versorgung wasserarmer Gebiete geeignet ist eine Technik, die MIT-Ingenieure entwickelt haben. Sie ließen sich von den gewaltigen Dampfschwaden inspirieren, die aus den Kühltürmen von Kohle-, Gas-, Öl- und Kernkraftwerken quillen. Ihr Ziel ist es, das darin verborgene Wasser nutzbar zu machen. Das ist vor allem an küstennahen Standorten interessant. Dort werden die Anlagen meist mit Salzwasser gekühlt. Der Dampf enthält dagegen nur reines Wasser.

Das lässt sich mit einer relativ einfachen Methode gewinnen. Die Forscher bombardieren den Dampf mit Ionen, das sind elektrische geladene Atome oder Moleküle. Dadurch werden die Wassermoleküle ebenfalls elektrisch aufgeladen und bilden Tropfen. Diese klammern sich an ein Netzwerk aus Drähten. Sie werden immer größer bis die natürliche Oberflächenspannung nicht mehr ausreicht, sie festzuhalten. Sie fallen herunter und können eingesammelt werden.

Ionen verbessern den Wirkungsgrad

Ähnlich ist es bei Spinnennetzen, die nach einer feuchten Nacht über und über mit winzigen Tropfen bedeckt sind. In diesem Fall funktioniert das ohne die Mithilfe von Ionen. Diese Technik ist bereits kopiert worden. Sie lässt sich nutzen, um Wasser aus natürlichem Nebel zu gewinnen. Der Wirkungsgrad ist mit einem bis drei Prozent allerdings sehr schlecht.

Der Beschuss mit Ionen verbessert die Effektivität erheblich. Ein typisches 600-Megawatt-Kraftwerk könnte pro Jahr mit dieser Technik rund 550 Millionen Liter hochwertiges Trinkwasser liefern. Wasserentsalzungsanlagen werden dadurch entlastet oder sogar überflüssig.

Ein spannendes Verfahren haben kanadische Ingenieure entwickelt. Sie haben die Idee für eine riesige, auf dem Meer schwimmende Röhre, die mit Hilfe von Solarenergie Salzwasser in Trinkwasser verwandelt.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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