Schwierige Bedingungen: Forscher gewinnen Trinkwasser aus trockener Wüstenluft

Die gesamte Menschheit mit ausreichend sauberem Trinkwasser zu versorgen, ist eine Herkulesaufgabe. Dies gilt insbesondere in Wüstengebieten. Zukünftig dürfte sich die Problematik zudem noch verschärfen. Denn der Klimawandel sorgt dafür, dass viele Regionen auf der Erde immer trockener werden. Außerdem ändert sich die Verteilung der Regenfälle. So regnet es in einigen Regionen tendenziell seltener, aber dafür dann umso heftiger. Schon vor einigen Jahren haben Forscher daher ein System entwickelt, um selbst aus trockener Wüstenluft noch wertvolles Trinkwasser zu gewinnen. Sie nutzten dafür sogenannte metallorganische Materialien. Diese bildeten eine poröse Gerüststruktur mit zahlreichen kleinen Hohlräumen. In diesen verfingen sich dann die einzelnen Wassermoleküle. Anschließend wurde die in der Wüste reichlich vorhandene Wärme der Sonne genutzt, um das Wasser zunächst verdunsten zu lassen. Kühlrippen sorgten dann für die notwendige Kondensation, um das kühle Nass in Tankbehälter zu leiten.

Molecules of Water

Die Röntgenkristallografie förderte wertvolle Erkenntnisse zutage

Auf diese Weise filterte ein damals gebauter Prototyp pro Tag rund drei Liter Trinkwasser aus der Luft. Dies würde ausreichen, um zumindest einen Menschen damit zu versorgen. Die Entwicklung der Wasserfang-Technik basierte allerdings weitgehend auf dem Prinzip von Versuch und Irrtum. Erklären, wieso die Moleküle bei bestimmten metallorganischen Materialien besser hängen blieben als in anderen, konnten die Forscher bisher nicht. Dies hat sich nun geändert. Denn ein internationales Forschungsteam rund um Joachim Sauer von der Humboldt-Universität in Berlin hat die Abläufe mithilfe der Röntgenkristallografie und quantenmechanischen Berechnungen genauer untersucht. Wichtigste Erkenntnis: Nur die ersten Wassermoleküle bleiben tatsächlich an den festen Strukturen kleben. Danach bilden sich zunächst Ketten von Wassermolekülen. Daraus werden dann einzelne Cluster und schließlich sogar ein Netzwerk an Clustern. Dieses Verständnis ist von entscheidender Bedeutung, um die Technik der Wassergewinnung aus Wüstenluft weiter voranzubringen.

Wassermoleküle verhalten sich immer ein wenig anders

Denn die Art und Weise, wie sich das Wasser in den porösen Gerüsten sammelt, ist wichtig für die spätere Wasserernte. So heben die Forscher hervor, dass die initialen Moleküle nicht zu fest an den organischen Strukturen kleben dürfen. Denn dann lassen sie sich später schlechter mithilfe der Sonne wieder hervorholen. Dies erklärt, warum mit manchen Materialien mehr Wasser gewonnen werden konnte und mit anderen weniger. Das Wissen hilft zudem bei der Entwicklung von neuen metallorganischen Materialien. Denn Wassermoleküle verhalten sich abhängig von der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur immer ein bisschen anders. Es wird also nie das metallorganische Material geben, das überall auf der Welt gleich gut funktioniert. Stattdessen arbeiten die Forscher nun daran, Gitterstrukturen zu entwickeln, die jeweils für bestimmte Orte optimiert sind. Dadurch soll sich die Menge an gewonnenem Wasser noch einmal erhöhen.

Via: idw

Wissenschaft / Trinkwasser
24.11.2021 · 08:27 Uhr
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