Kompakter multizyklischer Hochleistungs-Atmosphärenwassersammler für trockene Umgebungen
Sauberes, sicheres Wasser ist eine begrenzte Ressource und der Zugang dazu hängt von den örtlichen Gewässern ab. Aber auch in trockenen Regionen befindet sich etwas Wasserdampf in der Luft. Um kleine Mengen an Feuchtigkeit zu gewinnen, haben Forscher in ACS Energy Letters ein kompaktes Gerät mit saugfähig beschichteten Lamellen veröffentlicht, die zunächst Feuchtigkeit einfangen und dann beim Erhitzen Trinkwasser erzeugen. Sie glauben, der Prototyp könnte dazu beitragen, den wachsenden Wasserbedarf zu decken, vor allem an trockenen Standorten.
Regentropfen – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Die Erdatmosphäre enthält Billionen Liter Süßwasser als Dampf, aber es ist eine Herausforderung, dieses farblose, transparente und verdünnte Gas zu sammeln. Zuvor haben Forscher Systeme entwickelt, die Tau oder Nebel einfangen und die Flüssigkeit in Behältern sammeln. Aber in trockenen Gebieten, in denen es nicht viel Tau gibt, können spezielle Materialien wie temperaturempfindliche Hydrogele, metallorganische Gerüste oder Zeolithe (kristalline Alumosilikate) dabei helfen, kleine Mengen Feuchtigkeit aus der Luft zu ziehen und das Wasser bei Erwärmung abzugeben. Damit diese Absorptionsmittel jedoch in der Praxis eingesetzt werden können, müssen sie in kompakte und tragbare Geräte mit einer Abwärmequelle eingebaut werden, beispielsweise in Anwendungen, die bei hohen Temperaturen laufen, oder in Systeme, die als Nebenprodukt Wärme abgeben.
Also entwickelten Xiangyu Li, Bachir El Fil und Kollegen einen Feuchtigkeits-Harvester, der diesen Spezifikationen gerecht werden könnte. Die Forscher entwarfen wasseradsorbierende „Lamellen“, indem sie ein Kupferblech zwischen Kupferschäumen anordneten, die mit einem handelsüblichen Zeolith beschichtet waren.
Im Vergleich zu früheren Studien, die sich auf die Materialentwicklung konzentrierten, führten die Autoren an, dass die gemeinsame Gestaltung des Adsorptionsbetts mit den Materialeigenschaften zu dünnen Adsorptionsrippen führte, die kompakt sind und schnell Wasser sammeln können. Für Demonstrationen des Konzepts entwickelten sie ein Gerät mit 10 kleinen Adsorptionslamellen, die nebeneinander auf einer Kupfergrundplatte im Abstand von etwa 2 Millimetern platziert wurden, in einem Abstand, der die Feuchtigkeitsaufnahme aus wüstenähnlicher Luft mit 10 % relativer Luftfeuchtigkeit maximiert. Innerhalb einer Stunde waren die Rippen gesättigt und gaben die eingeschlossene Feuchtigkeit ab, sobald die Basis 363 ° Fahrenheit (= 184 °C) erreichte.
Durch Extrapolation auf 24 Sammel-Freigabe-Zyklen errechnete das Team, dass 1 Liter absorbierende Beschichtung auf den Flossen bis zu 1,3 Liter Trinkwasser pro Tag in Luft mit 30 % relativer Luftfeuchtigkeit produzieren könnte – zwei- bis fünfmal mehr als bei zuvor entwickelten Geräten.
Die Arbeit identifiziert eine Schlüsselmöglichkeit für die schnelle Feuchtigkeitsaufnahme und Wassergewinnung aus trockener Luft, und zwar mehrmals täglich. Mit einer Weiterentwicklung könnte dieses System in bestehende Infrastrukturen integriert werden, die Abwärme erzeugen, etwa Gebäude oder Transportfahrzeuge, um eine kostengünstige Möglichkeit zur Trinkwassererzeugung in trockenen Regionen bereitzustellen, sagen die Forscher.
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