In jüngsten Feldversuchen haben MIT-Forscher zuverlässig dass ihr neues Gerät tatsächlich Wasser aus der Wüstenluft ziehen kann.

Dieses neue Gerät, das mit Sonnenlicht betrieben wird, wäre ein Glücksfall für Gebiete mit heißem, trockenem Klima und von Dürre heimgesuchten Regionen auf der ganzen Welt, sobald die Forscher ihre Technologie auf den neuesten Stand bringen.

Die Studie ist veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht .

Das neue Gerät ist eine Verbesserung gegenüber dem bisherigen Konzeptgerät letztes Jahr eingeführt, das war auch abgedeckt von TUN.  

"Der Fortschritt, den wir im letzten Jahr gegenüber unserer Proof-of-Concept-Demonstration erzielt haben, ist der Test eines kleinen Prototyps unter Wüstenbedingungen, bei denen wir der Meinung sind, dass auf Adsorption basierende Wassernutzungssysteme am praktischsten sind", sagte Hyunho Kim, ehemaliger Absolvent des MIT und Co-Hauptautor der Studie.

„Darüber hinaus haben wir verschiedene Konstruktionsverbesserungen vorgenommen, die einen effizienteren Betrieb ermöglichen“, fuhr er fort.

„Durch sorgfältiges Design und Optimierung haben wir ein Gerät entwickelt, das für den Betrieb unter trockenen Bedingungen und unter negativen Taupunkten geeignet ist, bei denen konkurrierende / kommerziell ausgereifte Technologien wie kältebasierte Taukreisläufe nicht durchführbar sind.“

Das Gerät

Das neue Gerät verwendet relativ neue Materialien mit großer Oberfläche, die als metallorganische Gerüste (MOFs) bezeichnet werden absorbieren Wassermoleküle aus der Luft, die sich tagsüber in Dampf verwandeln, wenn das Sonnenlicht sie erwärmt. Wenn der Dampf aus dem MOF entweicht, wird er in ein benachbartes Acrylgefäß geleitet, in dem ein Kondensator die Wassertröpfchen sammelt und in einen Sammler leitet.

Die Studie

Das Forschungsteam testete das neue Gerät auf einem Dach der Arizona State University in Tempe, das für trockene Gebiete repräsentativ ist, in denen das Gerät eingesetzt werden soll, und bewies, dass es unter realen Bedingungen tatsächlich Wasser ernten kann.

Laut den Forschern kann das neue Gerät Trinkwasser selbst bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von nur 10 Prozent extrahieren, sodass es auch in sehr trockener Wüstenluft funktioniert.

Die Fähigkeit des Geräts, bei einer derart niedrigen Luftfeuchtigkeit zu arbeiten, ist bemerkenswert, da andere derzeitige Verfahren eine höhere Luftfeuchtigkeit erfordern, um Wasser aus der Luft zu extrahieren. Beispielsweise erfordern Nebelernteverfahren eine Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent, während für tauerntebasierte Kühlsysteme eine Luftfeuchtigkeit von über 50 Prozent erforderlich ist. Letztere ist zudem stark von der Kälteenergie abhängig und wird von Pumpen und Kompressoren betrieben, die ausfallen können.  

Im Gegensatz dazu kann das neue MIT-Gerät nur mit Sonnenlicht betrieben werden, sodass es überall verwendet werden kann, solange viel Sonnenlicht vorhanden ist. Das Gerät arbeitet auch passiv, so dass es keine defekten Teile gibt, mit denen man sich herumschlagen muss.

Die Forscher führten auch Massenspektrometer-Tests des vom Gerät erzeugten Wassers durch, die keine Verunreinigungen zeigten.

"[T] hier ist nichts von der MOF, die ins Wasser auslaugt" Evelyn Wang, sagte die Gail E. Kendall-Professorin in der Fakultät für Maschinenbau am MIT und der leitende Autor beider Arbeiten in einer Erklärung.

"Es zeigt, dass das Material in der Tat sehr stabil ist und wir qualitativ hochwertiges Wasser erhalten können."

Das Potenzial

Bei ihren Feldtests verwendeten die Forscher ein kleines Proof-of-Concept-Gerät, das auf einen einzigen Tag-Nacht-Zyklus mit Sonnenlicht beschränkt war. Ein kontinuierlicher Betrieb könnte jedoch durch die Verwendung anderer nachhaltiger minderwertiger Wärmequellen wie Biomasse und Abwärme ermöglicht werden Sameer Rao, MIT-Postdoc und Co-Lead-Autor der Studie.

"Der Betrieb des auf Adsorbens basierenden Wassernutzungszyklus wird durch Wärmeenergie angetrieben", sagte Rao.

„Also ja, die Wasserproduktion kann durch Abwärme oder Biomasse angetrieben werden und ist nicht auf Solarthermie beschränkt.“

Die Forscher glauben auch, dass das Proof-of-Concept-Gerät, wenn es vergrößert würde, mehr als einen Viertel Liter Wasser pro Tag und Kilogramm MOF produzieren würde. Die Ausgabe könnte durch die Verwendung von optimalerem Material verdreifacht werden, sagte Kim in einer Erklärung.

Ihr nächster Schritt besteht darin, das System zu skalieren und seine Effizienz zu steigern, sagte Wang in einer Erklärung.

„Wir hoffen auf ein System, das Liter Wasser produzieren kann“, fuhr sie fort.

Während das Proof-of-Concept-Gerät nur wenige Millimeter Wasser produzieren sollte, um zu beweisen, dass es in der realen Welt funktioniert, erklärte sie, dass es ihr Ziel sei, „das Herausfließen von Wasser zu sehen!“

"Wir arbeiten derzeit an der Entwicklung eines groß angelegten Prototyps, mit dem der Trinkwasserbedarf einer Familie in abgelegenen und trockenen Gebieten gedeckt werden kann", sagte Wang.

"Es gibt Mit Sicherheit interessante Fragen, an deren Beantwortung wir arbeiten, die höhere betriebliche Effizienz ermöglichen und gleichzeitig die Skalierbarkeit unseres Ansatzes demonstrieren. “

Sobald es vergrößert ist, wird die Technologie eine entscheidende Ressource in ariden Gebieten sein, die unter Wasserknappheit leiden, wie beispielsweise in Südkalifornien.

In einigen Ländern, wo es Mädchen und Frauen aufnehmen könnte mehrere Stunden am Tag Nur um Wasser für den Hausgebrauch zu holen, würde diese Technologie ihre Zeit frei machen, damit Mädchen zur Schule gehen können und Frauen Zeit mit ihrer Familie verbringen oder ihre Familie auf sinnvollere Weise unterstützen können.

„Für uns als Wissenschaftler und Ingenieure ist es sehr lohnend, an solchen Technologien zu arbeiten und Entwicklungen vorzunehmen, die es uns ermöglichen, der Realisierung eines Geräts in Originalgröße näher zu kommen und die lokale Wasserknappheit zu bekämpfen“, so Kim und Rao.