Ein Durchbruch wurde in der solaren Wassergewinnungstechnologie erzielt, die innovative Gele und Systemdesigns nutzt, um der Atmosphäre effizient Wasser zu entziehen. Diese Technologie könnte die Wassernutzung in trockenen, sonnigen Regionen revolutionieren und den kritischen Bedarf an Trinkwasser und anderen Zwecken decken.
Atmosphärische Wassersammler nutzen hygroskopische Gele und Salze, um Wasser in trockene Gebiete zu transportieren. Mehr als 2,2 Milliarden Menschen leben derzeit in Ländern mit Wasserknappheit, und die Vereinten Nationen schätzen, dass jedes Jahr 3,5 Millionen Menschen an wasserbedingten Krankheiten sterben. Da die Gebiete mit dem größten Bedarf an verbessertem Trinkwasser auch zu den sonnigsten Orten der Welt gehören, besteht großes Interesse daran, Sonnenlicht zu nutzen, um den Zugang zu sauberem Wasser zu erleichtern.
Forscher der Shanghai Jiao Tong University in China haben eine vielversprechende neue solarbetriebene Technologie zur Gewinnung von atmosphärischem Wasser entwickelt, die dazu beitragen könnte, die Menschen in diesen rauen, trockenen Regionen mit ausreichend Trinkwasser zu versorgen. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten sie in der AIP-Verlagszeitschrift Applied Physics Reviews.
Diese atmosphärische Wassergewinnungstechnologie kann verwendet werden, um den täglichen Wasserbedarf wie Haushaltstrinkwasser, Industriewasser und Wasser für die persönliche Hygiene zu erhöhen.
Traditionelle Herausforderungen meistern
Bei der Infusion von Salz in Hydrogele standen Forscher in der Vergangenheit vor Herausforderungen, da ein höherer Salzgehalt aufgrund des Aussalzeffekts die Quellfähigkeit des Hydrogels verringert. Dies führt zum Austreten von Salz und zu einer Verringerung der Wasseraufnahmekapazität.
„Was uns zutiefst beeindruckte, war, dass selbst wenn bis zu 5 Gramm Salz in 1 Gramm Polymer injiziert wurden, das resultierende Gel immer noch gute Quell- und Salzeinfangeigenschaften beibehielt“, sagte Forscher Wang Ruzhu.
Innovatives absorbierendes Gel und Systemdesign
Forscher verwendeten pflanzliche Derivate und hygroskopische Salze, um ein superhygroskopisches Gel zu synthetisieren, das große Mengen Wasser absorbiert und zurückhält. In einer trockenen Atmosphäre kann ein Kilogramm Xerogel 1,18 Kilogramm Wasser aufnehmen, während es in einer feuchten Atmosphäre bis zu 6,4 Kilogramm Wasser aufnehmen kann. Dieses hygroskopische Gel ist einfach und kostengünstig herzustellen und eignet sich daher für die Zubereitung in großem Maßstab.
Darüber hinaus nutzte das Forschungsteam auch einen Prototyp mit parallel konfigurierter Desorptionskammer und Kondensationskammer. Sie nutzten einen Turbofan in der Kondensationskammer, um die Rückgewinnungsrate des desorbierten Wassers auf über 90 % zu steigern.
Bei einer Demonstration eines Prototyps im Freien stellte das Team fest, dass es adsorbiertes Wasser auch morgens oder nachmittags abgeben konnte, wenn das Sonnenlicht schwach war. Das System ermöglicht auch die gleichzeitige Adsorption und Desorption während des Tages.
Zukünftige Anwendungen und Optimierungen
Das Forschungsteam wird sich bemühen, erneuerbare Energien zu nutzen, um eine gleichzeitige Adsorption und Desorption zu erreichen, um die tägliche Wasserproduktion pro Masseneinheit des Adsorbens zu maximieren und dadurch die Leistung des Systems weiter zu optimieren und es für den Einsatz im Bereich der Wasserproduktion praktisch zu machen.
Zusätzlich zur täglichen Wasserproduktion können Adsorptionsmaterialien, die atmosphärisches Wasser sammeln können, eine wichtige Rolle in zukünftigen Anwendungen wie Entfeuchtung, landwirtschaftlicher Bewässerung und Wärmemanagement elektronischer Geräte spielen.
Referenz: „Tagesluft-Wasser-Sammlung basierend auf gleichzeitiger Adsorption-Desorption superhygroskopischer poröser Gele“, Autor: Xiang Chengjie, Yang Xinge, Deng Fangfang, Chen Zhihui, Wang Ruzhu, 5. Dezember 2023, „Applied Physics Reviews“.
doi:10.1063/5.0160682
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily