Die Erfindung, entwickelt vom jordanisch-amerikanischen Chemiker und Chemie-Nobelpreisträger von 2025, Omar Yaghi, nutzt eine wissenschaftliche Technik namens retikuläre Chemie, um molekular modifizierte Materialien herzustellen, die Feuchtigkeit aus der Luft extrahieren und Wasser selbst unter trockenen Wüstenbedingungen sammeln können.
Atoco, das von Yagi gegründete Technologieunternehmen, erklärte, dass seine Einheiten, die etwa so groß wie ein 20-Fuß-Schiffscontainer sind und ausschließlich mit extrem niedriger thermischer Energie betrieben werden, in lokalen Gemeinschaften eingesetzt werden können, um bis zu 1.000 Liter sauberes Wasser pro Tag zu erzeugen, selbst wenn die Strom- und Wasserversorgung durch Dürre oder Stürme unterbrochen ist.
Der Chemieprofessor ist überzeugt, dass diese Erfindung die Welt verändern und den von Dürre geplagten Karibikinseln zugutekommen wird. Er fügte hinzu, dass sie eine Lösung für Länder sein könnte, die Gemeinden, die von Hurrikanen isoliert sind, mit Wasser versorgen müssen.
Yagi fügte hinzu, dass die Erfindung eine klimafreundliche und nachhaltige Alternative zu anderen Wasserquellen wie der Entsalzung darstellen könnte, die eine Bedrohung für Ökosysteme darstellen kann, wenn konzentrierte salzhaltige Sole wieder ins Meer geleitet wird.
Wie der Guardian berichtet, hieß es in einem UN-Bericht vom letzten Monat, der Planet sei in eine „Ära des globalen Wasserbankrotts“ eingetreten, wobei fast drei Viertel der Weltbevölkerung in Ländern leben, die als wasserarm oder vom Aussterben bedroht eingestuft werden.
Rund 2,2 Milliarden Menschen haben immer noch keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, 3,5 Milliarden haben keinen Zugang zu sicheren Sanitäranlagen, und etwa 4 Milliarden Menschen leiden mindestens einen Monat im Jahr unter akuter Wasserknappheit.
Norwegische Forscher haben ein neues Polymermaterial entwickelt, das Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen und in Trinkwasser umwandeln kann. Laut den Ergebnissen von SINTEF könnte diese Technologie die Effizienz von atmosphärischen Wassergeneratoren (AWGs) verbessern und deren Einsatzmöglichkeiten in Regionen mit geringer Luftfeuchtigkeit erweitern.
Die Relevanz dieser Forschung ergibt sich aus der zunehmenden globalen Wasserknappheit. Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation und von UNICEF zufolge haben weltweit fast zwei Milliarden Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Unter diesen Umständen gilt die Suche nach alternativen Wasserquellen als ein zentraler Bereich nachhaltiger Entwicklung.
Die Technologie zur atmosphärischen Wassergewinnung basiert auf der Entnahme von Feuchtigkeit aus der Luft mithilfe von Sorptionsmitteln – Materialien, die Wasser absorbieren. Bestehende Lösungen weisen jedoch bei einer Luftfeuchtigkeit unter 50 % einen hohen Energieverbrauch auf, was ihren Einsatz in den trockensten Regionen einschränkt.
Das entwickelte Material ist eine Kombination aus einem Elastomer und einem wasserabsorbierenden Polymer, ähnlich den in Hygieneprodukten verwendeten Komponenten. Laut Projektleiter Roberto Mennito enthält die Materialstruktur mikroskopische „Anziehungszentren“ für Wasser, wodurch Feuchtigkeitsmoleküle aus der Luft effektiv gebunden werden können.
SINTEF
Sobald das Material gesättigt ist, erwärmt es sich und gibt das gespeicherte Wasser ab, das anschließend kondensiert und sich in einem Auffangbehälter sammelt. Dieses Verfahren reduziert die Energiekosten im Vergleich zu herkömmlichen Kühl- und Kondensationssystemen.
Das Material zeigte in Tests Stabilität und die Fähigkeit, mehrere Zyklen ohne Qualitätsverlust zu überstehen. Seine geringen Kosten sind auf die Verwendung leicht verfügbarer Rohstoffe und einen vereinfachten Produktionsprozess zurückzuführen. Auch die Herstellung von Materialien auf Biomassebasis ist möglich.
Ein weiterer Vorteil der Technologie ist ihre Flexibilität: Das Material kann als Beschichtung, für laminierte Oberflächen oder 3D-gedruckte Bauteile eingesetzt werden. Dies eröffnet Möglichkeiten zur Optimierung von Generatorkonstruktionen und zur weiteren Reduzierung des Energieverbrauchs.
Die Forscher arbeiten derzeit an der Skalierung der Technologie und planen die Entwicklung eines Prototyps. Ziel ist es unter anderem, die Produktionskosten um etwa 25 % zu senken und die Lösung für den industriellen Einsatz anzupassen.
Laut Entwicklern wird der Markt für atmosphärische Wassergeneratoren bereits auf 2,5 Milliarden US-Dollar geschätzt und könnte bis 2030 4 Milliarden US-Dollar überschreiten. Darüber hinaus könnte die Einführung effizienterer Materialien ihren Anwendungsbereich erheblich erweitern – von Haushaltslösungen bis hin zu humanitären Projekten und Infrastrukturprojekten in Regionen mit begrenzten Wasserressourcen.
Ingenieure der Universität von Texas in Austin haben ein tragbares System entwickelt, das aus Luftfeuchtigkeit Trinkwasser gewinnt. Die Technologie besteht aus einem speziellen Gewebe, das Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und in Trinkwasser umwandelt.
Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Anders als die meisten bestehenden Systeme zur atmosphärischen Wassergewinnung, die stationäre Anlagen sind, ist die Neuentwicklung direkt in die Kleidung integriert. Das feuchtigkeitsabsorbierende Textil nimmt Wasser aus der Luft auf und leitet es in herausnehmbare Speichermodule, wo Kondensation und Flüssigkeitssammlung stattfinden.
Während der Tests lieferte die Prototyp-Jacke je nach Luftfeuchtigkeit zwischen 400 und 900 Milliliter Wasser pro Tag. Laut den Entwicklern ist dies eines der besten Ergebnisse unter den tragbaren Systemen dieser Art.
Die Technologie basiert auf einem speziellen Hydrogelgewebe aus biologisch gewonnenen Materialien. Das Material absorbiert Wasserdampf aus der Atmosphäre und gibt ihn bei Erwärmung durch Sonnenlicht wieder ab, wodurch das Kondenswasser ohne aufwendige Geräte aufgefangen werden kann.
nia.eco
Gleichzeitig präsentierte das Forschungsteam eine weitere Entwicklung: ein kompaktes, tragbares System zur Gewinnung von atmosphärischem Wasser. In Feldtests produzierte das Gerät bis zu 1,3 Liter Wasser pro Tag sowohl in den trockenen Regionen New Mexicos als auch im feuchteren Klima von Texas.
Laut Wissenschaftlern könnte die Technologie in Regionen mit Süßwassermangel sowie bei Expeditionen, Wanderungen, Rettungsaktionen und Notfalleinsätzen eingesetzt werden.
Diese Entwicklung ist besonders interessant für Gebiete, die unter chronischer Wasserknappheit leiden. Forscher weisen darauf hin, dass Nordafrika, der Nahe Osten, Südasien und Teile Subsahara-Afrikas die vielversprechendsten Regionen für die Implementierung solcher Systeme sein könnten.
Experten sehen in der Entwicklung von Technologien zur Gewinnung von atmosphärischem Wasser einen Weg, sich an den Klimawandel und die zunehmende Süßwasserknappheit anzupassen. Laut Schätzungen der Vereinten Nationen leiden bereits Milliarden von Menschen unter einem Mangel an sauberem Trinkwasser, und der Klimawandel verschärft dieses Problem immer weiter.
Forscher haben ein System zur Gewinnung von Frischwasser aus der Luft entwickelt, das den Wind nicht nur als Energiequelle nutzt, sondern auch, um das Material, das Feuchtigkeit angesammelt hat, direkt zu erhitzen.
Die Technologie basiert auf hygroskopischen Polymerschwämmen – porösen Materialien, die Wasserdampf aus der Umgebungsluft aufnehmen können. Nach der Sättigung wird der Schwamm erhitzt, um die aufgenommene Feuchtigkeit freizusetzen und flüssiges Wasser zu gewinnen. Eine Beschreibung der Technologie wurde in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht. In Tests produzierte das System unter verschiedenen Umgebungsbedingungen (Temperatur und Luftfeuchtigkeit) bis zu 9,9 Liter Wasser pro Tag und Kilogramm Absorptionsmaterial.
Die meisten vergleichbaren Anlagen nutzen hierfür Solarwärme oder elektrische Heizungen. Die Autoren der neuen Studie schlugen die Verwendung von Wirbelstromheizung vor, die Rotationsenergie in Wärme umwandelt.
Zunächst strömt Luft durch einen porösen Polymerschwamm. Das Material zieht Wassermoleküle an und speichert sie, selbst wenn kein Nebel oder Kondenswasser sichtbar ist. Sobald der Schwamm gesättigt ist, versetzt ein Windantrieb ein Metallelement in Rotation. Die entstehenden Wirbelströme erhitzen die Struktur und damit auch das absorbierende Material. Durch die Hitze verdampft das Wasser und trennt sich vom Polymer. Der Dampf kühlt anschließend ab und kondensiert in einem separaten Behälter. Der getrocknete Schwamm kann nun erneut Feuchtigkeit aufnehmen, und der Zyklus beginnt von Neuem.
Der grundlegende Unterschied dieser Entwicklung besteht darin, dass die mechanische Energie des Windes nicht erst in Elektrizität umgewandelt, über Leitungen transportiert und dann zum Heizen genutzt werden muss. Laut den Autoren liegt der Wirkungsgrad der direkten Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in Wärme bei über 90 %. Durch die Reduzierung der Zwischenstufen lassen sich potenziell Energieverluste verringern und die Konstruktion des autarken Systems vereinfachen.
Wasser kann auch durch Kühlung aus der Luft gewonnen werden – ähnlich wie bei einer Klimaanlage oder einem Luftentfeuchter. Diese Methode benötigt jedoch eine erhebliche Menge Strom, insbesondere bei niedriger Luftfeuchtigkeit.
Sorptionstechnologien funktionieren anders. Das Material nimmt zunächst Feuchtigkeit aus einem großen Luftvolumen auf und gibt diese beim Erhitzen wieder ab. Dadurch ist die Wassergewinnung auch unter Bedingungen möglich, unter denen herkömmliche Luftkühlung zu energieintensiv wäre.
nia.eco
Die wichtigsten Merkmale dieses Systems sind die Wasseraufnahmefähigkeit des Materials, der Sättigungsgrad, die Temperatur, bei der Feuchtigkeit freigesetzt wird, und die zur Regeneration des Sorptionsmittels benötigte Energie. Die Entwickler verwendeten einen Schwamm mit miteinander verbundenen großen Poren. Diese Struktur erleichtert den Luftdurchtritt durch das Material und beschleunigt den Transport von Wasserdampf in das Sorptionsmittel.
Die Autoren sehen das System als Lösung für die autonome Wasserversorgung in abgelegenen Gebieten ohne stabiles Stromnetz, aber mit ausreichendem Windpotenzial. Dies betrifft vor allem Küsten- und Inselgemeinden. In solchen Gebieten ist die Luft typischerweise ausreichend feucht, und der Wind liefert gleichzeitig Luftbewegung und Energie für die Regeneration des Sorptionsmittels. Die Technologie kann auch an abgelegenen Standorten, kleinen landwirtschaftlichen Betrieben, Wetterstationen und in provisorischen Unterkünften eingesetzt werden. Die veröffentlichten Ergebnisse deuten jedoch noch nicht darauf hin, dass das Gerät für den breiten Einsatz im Haushalt geeignet ist.
Die Kapazität von 9,9 Litern bezieht sich auf ein Kilogramm Material und wurde in einer Pilotanlage ermittelt. Für die Wasserversorgung eines Einfamilienhauses müssen die tatsächliche Luftfeuchtigkeit, die Windgeschwindigkeit, die Zykluszeiten, die Anlagengröße und die Kondensationsverluste berücksichtigt werden.
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Die Menge des gewinnbaren Wassers hängt direkt von der Luftfeuchtigkeit ab. Bei gleicher Temperatur enthält feuchte Küstenluft deutlich mehr Wasserdampf als Luft in trockenen Binnenregionen. Daher ist die Technologie möglicherweise nicht in allen wasserarmen Gebieten effektiv. In Wüstenregionen können zwar starke Winde wehen, der Feuchtigkeitsgehalt der Luft reicht jedoch für eine hohe Produktivität nicht aus.
Darüber hinaus muss die Qualität von Trinkwasser überwacht werden. Wasser kondensiert zwar aus Wasserdampf, doch können Staub, Mikroorganismen und von den Systemmaterialien freigesetzte Substanzen in das System gelangen. Der Bedarf an Filtration und Mineralisierung hängt von der Systemauslegung und den Betriebsbedingungen ab.
Darüber hinaus gibt es Fragen zur Haltbarkeit des Polymerschwamms, seiner Beständigkeit gegenüber Verunreinigungen, seinen Produktionskosten und der Anzahl der Zyklen der Wasseraufnahme und -abgabe ohne Leistungseinbußen.
Die Gewinnung von Luftfeuchtigkeit wird Stauseen, Wasserleitungen oder Entsalzungsanlagen in Großstädten voraussichtlich nicht ersetzen. Die Wasserkonzentration in der Luft ist zu gering und der kommunale Verbrauch zu hoch. Am realistischsten erscheint die dezentrale Produktion relativ kleiner Wassermengen in Gebieten, in denen die Wasserversorgung teuer und der Bau von Infrastruktur schwierig ist.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt in ihrer Fähigkeit, ohne Netzstrom oder Brennstoff auszukommen. Die Umweltauswirkungen des Gesamtsystems lassen sich jedoch erst nach einer vollständigen Lebenszyklusanalyse bewerten – einschließlich der Polymer- und Geräteherstellung, der Nutzungsdauer, der Wartung und der anschließenden Entsorgung.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Solarenergie nicht die einzige Energiequelle für die Gewinnung von atmosphärischem Wasser ist. Die Nutzung von Windheizung erweitert den Bereich der Bedingungen, unter denen solche Systeme theoretisch funktionieren könnten, einschließlich der Nacht und Perioden mit bewölktem Wetter.
Das NASA-Projekt „Carbothermic Reduction Demonstration“ (CaRD) hat einen wichtigen Schritt zur Nutzung lokaler Ressourcen für die bemannte Mondforschung unternommen. Das CaRD-Team führte umfassende Prototypentests durch, bei denen konzentrierte Solarenergie zur Sauerstoffgewinnung aus simuliertem Mondboden eingesetzt wurde. Gleichzeitig wurde die Bildung von Kohlenmonoxid durch eine solargetriebene chemische Reaktion bestätigt.
Bei Anwendung auf dem Mond würde diese Technologie die Treibstoffproduktion allein aus Mondmaterialien und Sonnenlicht ermöglichen und die Kosten und den Aufwand für eine langfristige menschliche Präsenz auf der Mondoberfläche erheblich reduzieren. Dieselben Systeme, die zur Umwandlung von Kohlenmonoxid in Sauerstoff eingesetzt werden, könnten auch zur Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff und Methan auf dem Mars angepasst werden.
Das Projekt „Carbothermal Reduction Demonstration“ (CaRD) testet einen Solarkonzentrator, der Sauerstoff aus simuliertem Mondregolith für den Einsatz am Südpol des Mondes erzeugen soll. Im Rahmen dieses umfassenden Tests integrierte das Team den Konzentrator, die Spiegel und die Steuerungssoftware und bestätigte die Kohlenmonoxidproduktion. NASA/Michael Rush
Der integrierte Prototyp kombinierte einen von Sierra Space entwickelten carbothermischen Sauerstoffproduktionsreaktor, einen vom Glenn Research Center der NASA in Cleveland entworfenen Solarkonzentrator, von Composite Mirror Applications gefertigte Präzisionsspiegel sowie Avionik, Software und Gasanalysesysteme des Kennedy Space Center der NASA in Florida. Projektmanagement, Systementwicklung, Tests und die Entwicklung wichtiger Hardware und Bodensysteme wurden vom Johnson Space Center der NASA in Houston durchgeführt.
Das CaRD-Projekt wurde vom Game Changing Development-Programm der NASA innerhalb des Space Technology Mission Directorate finanziert.
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