Wassergewinnung im Death Valley: Eroberung der trockenen Wildnis

Korea gilt als „Wasserknappheitsnation“. Obwohl das Land einen jährlichen Niederschlag von etwa 1.300 mm verzeichnet, ist es durch konzentrierte Perioden und spezifische Regionen gekennzeichnet, was zu Herausforderungen aufgrund von Wasserknappheit führt. Der Mangel an Trinkwasser geht über die bloße Unannehmlichkeit hinaus und kann für bestimmte Menschen lebensbedrohliche Folgen haben.

Im März 2023 veröffentlichte das Kinderhilfswerk der Vereinten Nationen (UNICEF) einen Bericht, der die Notlage von rund 190 Millionen Kindern in Afrika hervorhebt, die unter dem Mangel an sauberem Wasser leiden, was zum tragischen Verlust von 1.000 Kindern unter fünf Jahren pro Tag führt.

Nationen auf der ganzen Welt verfolgen unterschiedliche Ansätze, um dieses Problem zu entschärfen. Allerdings ist die Meerwasserentsalzung energieintensiv und basiert überwiegend auf fossilen Brennstoffen, was zu Umweltverschmutzungen wie der Einleitung konzentrierter Sole ins Meer führt. Auch die Gewinnung von atmosphärischem Wasser stellt eine Herausforderung dar, insbesondere in Regionen mit einer Luftfeuchtigkeit von weniger als 70 %, da für die Kondensation des Dampfes eine erhebliche Energiemenge erforderlich ist, was sie zu einer ineffektiven Lösung macht.

Kürzlich gelang es einem gemeinsamen Forscherteam unter der Leitung von Professor Woochul Song von der Abteilung für Umweltwissenschaften und -technik der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) und Omar M. Yaghi, Professor für Chemie an der UC Berkeley, eine erfolgreiche atmosphärische Wassergewinnung mithilfe von Umgebungsluft Sonnenlicht in der Wüste Death Valley. Dieser Erfolg stellt einen vielversprechenden Durchbruch bei der Bekämpfung der Wasserknappheit dar, da er eine unerschöpfliche Ressource nutzt, ohne die Umwelt zu verschmutzen. Die Forschungsergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift veröffentlicht Naturwasser .

Unter metallorganischen Gerüsten (MOFs) versteht man poröse Materialien, die durch winzige Löcher mit einer Größe von 1–2 nm gekennzeichnet sind. MOFs mit großer Oberfläche fungieren als Absorber und fangen atmosphärischen Wasserdampf ein. Zu diesem Zweck entwickelte das Forschungsteam ein Wassersammelgerät, das als „Water Harvester“ bezeichnet wird und auf dem MOF basiert. Es nutzt seine Fähigkeit, nachts Wasser aus der Atmosphäre anzusaugen und das absorbierte Wasser gleichzeitig unter Nutzung des Umgebungssonnenlichts zu trinkbarer Flüssigkeit zu kondensieren der Tag.

Der Wassersammler des Teams hat im Gegensatz zum herkömmlichen rechteckigen Design die Form einer zylindrischen Struktur. Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Oberfläche des Geräts an der Flugbahn der Sonne ausgerichtet ist, wodurch die Nutzung des Umgebungssonnenlichts von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang maximiert wird.

Das Forschungsteam testete die Erntemaschine durch Wassersammelexperimente, die an zwei verschiedenen Orten durchgeführt wurden: Berkeley im Juni 2022 und der Wüste Death Valley im August 2022. Die Wüste Death Valley ist eine der heißesten und trockensten Regionen der Welt. Mit anhaltend hohen Temperaturen, die selbst um Mitternacht 40 °C erreichen und tagsüber auf sengende 57 °C ansteigen, und einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 7 % herrscht in der Gegend außergewöhnlich trockene Bedingungen.

Während der Experimente sammelte das Gerät bis zu 285 g bzw. 210 g Wasser pro Kilogramm MOF in der Wüste von Berkeley und im Death Valley. Dies bedeutet eine Verdoppelung der Wasserproduktion im Vergleich zu den vorherigen Erntemaschinen.

Bemerkenswert ist, dass die Erntemaschine des Forschungsteams selbst bei extrem trockenen Wetterbedingungen, einschließlich der Höchsttemperatur von 60 °C und der durchschnittlichen Nachtfeuchtigkeit von 14 %, erfolgreich Wasser extrahierte, ohne einen CO2-Fußabdruck zu hinterlassen. Das einzigartige Kondensator- und MOF-Absorptionssystem des Teams ermöglichte den Wassergewinnungsprozess ausschließlich durch die Nutzung des Umgebungssonnenlichts und machte zusätzliche Energiequellen oder Netzteile überflüssig.

Die Forschung ist aufgrund der in wirklich extremen Umgebungen durchgeführten Experimente von erheblicher Bedeutung und demonstriert wirkungsvoll die Praktikabilität der Technologie. Die Fähigkeit, Wasser aus atmosphärischem Wasserdampf zu gewinnen, ist universell anwendbar und leistet einen Beitrag zur Verwirklichung ethischer Ziele in den Bereichen Umwelt und öffentliche Gesundheit und dient somit als entscheidende Technologie für die menschliche Sicherheit.

Professor Woochul Song von POSTECH erklärte: „Wir haben das Potenzial der Technologie zur Bewältigung der zunehmenden Herausforderungen der Wasserknappheit, die durch Umweltprobleme noch verschärft werden, untermauert.“ Er fügte hinzu: „Diese Technologie verkörpert Nachhaltigkeit, da sie unabhängig von den geografischen oder Wetterbedingungen auf der Welt eine zuverlässige Wasserressource bereitstellt.“