Technologie
Trinkwasser aus der Luft gewinnen – und das gratis

Forscher der ETH Zürich entwickelten einen Kondensator, der ohne zusätzliche Energie auskommt. Er liefert pro Quadratmeter Oberfläche und pro Stunde rund 0,53 Deziliter Trinkwasser. Länder mit Wasserknappheit können die Technologie verwenden und zum Beispiel mit mehreren Modulen eine grössere Anlage zusammenbauen.

Christoph Bopp
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Die Pilotanlage auf einem Dach eines ETH-Gebäudes.

Die Pilotanlage auf einem Dach eines ETH-Gebäudes.

ETH/Iwan Hächler

Fast nirgends ist die Luft so trocken, dass sie gar kein Wasser transportieren würde. Das ist das Wasser, das am Morgen als Tau an den Gräsern hängt. Es entsteht durch Kondensation, weil sich die Erde während der Nacht abkühlt und am Morgen am kühlsten ist. Dann kondensiert das Wasser in Bodennähe und bildet auf den abgekühlten Gräsern die Tauperlen. Die Bedingung, dass das Wasser in der Luft kondensiert, ist also Abkühlung. Mit Folien kann man nur den Temperaturunterschied zwischen Nacht und Tag ausnützen.

Die Glasscheibe, die sich selbst abkühlt

Forscher der ETH Zürich haben nun einen Kondensator entwickelt, mit sich sogar in der grössten Mittagshitze – ohne die Zufuhr von Energie von aussen – Wasser gewinnen lässt. Sie verwenden dafür eine Glasscheibe, die sich selbst abkühlt. Dies erreicht sie durch eine spezielle Beschichtung, welche die einstrahlende Energie reflektiert und die eigene Energie abstrahlt. Der Effekt geht bis zu 15 Grad unter die Umgebungstemperatur.

Das Geheimnis besteht in den Materialien, mit denen die Scheibe beschichtet wird. Die Beschichtung besteht aus einem Polymer und aus Silber. Poly­mere sind Bestandteile von Kunststoffen. Es sind Makromoleküle, die in einer bestimmten Struktur angeordnet sind.

Die Schicht führt dazu, Infrarot-Strahlung einer bestimmten Wellenlänge in die Umgebung abzustrahlen. Die Strahlung in diesem Bereich wird von der ­Atmosphäre nicht absorbiert und von der Umgebungsluft nicht auf die Ober­fläche zurückreflektiert. Die Wärmeenergie «verpufft» so gewissermassen ins Leere.

Damit der Prozess optimal verläuft, haben die Forscher der Anlage einen Strahlungsschutzschild verpasst. Er soll verhindern, dass die Wärme aus der Luft und die Sonneneinstrahlung auf die Scheibe gelangt. Gleichzeitig lässt er den Abstrahlungseffekt zu.

Doppelt so viel Wasser wie bisherige Technologien

Tests der Anlage auf dem Dach eines ETH-Gebäudes haben gezeigt, dass sie pro Tag und Fläche doppelt so viel Wasser produziert wie bisherige Passivtechnologien. Die Scheibe von 10 Zentimeter Durchmesser liefert 4,6 Milliliter Wasser am Tag. Unter idealen Bedingungen würde eine Anlage mit einem Quadratmeter Scheibenfläche pro Stunde bis zu 0,53 Deziliter Wasser liefern. Die Physik sagt, dass die maximale Grenze bei 0,6 Deziliter pro Stunde liegt.

Iwan Hächler, Doktorand an der ETH Zürich.

Iwan Hächler, Doktorand an der ETH Zürich.

ETHZ

Iwan Hächler, Doktorand in der Gruppe von Dimos Poulikakos, Professor für Thermodynamik an der ETH Zürich, sieht den entscheidenden Vorteil darin, dass die Anlage völlig ohne zusätzliche Energie auskommt. Das wurde erreicht, indem man die Unterseite mit einer extrem wasserabstossenden Oberfläche beschichtete. Das Wasser perlt dort einfach ab – wie Tau.

Literaturhinweis: Haechler I, Park H, Schnoering G, Gulich T, Rohner M, Tripathy A, Milionis A, Schutzius TM, Poulikakos D: Exploiting radiative cooling for uninterrupted 24-hour water harvesting from the atmosphere. Science Advances, 23. Juni 2021, doi: 10.1126/sciadv.abf3978 [https://doi.org/10.1126/sciadv.abf3978]