Neue Solaranlage, die auch aus trockener Wüstenluft Wasser gewinnen kann

MIT-Pilotanlage auf dem Dach. MOF-Kristalle befinden sich unter einer transparenten Abdeckung, deren Transparenz es der Sonne ermöglicht, sie zu erwärmen und das angesammelte Wasser freizusetzen. Ein gelber und roter Kondensator, der mit Wassertropfen bedeckt ist, befindet sich am Boden des Geräts.

Dank eines neuen Geräts, das Sonnenlicht verwendet, um der Luft auch bei extrem niedriger Luftfeuchtigkeit Wasserdampf zu entziehen, können Sie kein Wasser aus dem Stein drücken, aber jetzt vom Wüstenhimmel. Das Gerät kann pro Kilogramm des darin enthaltenen schwammförmigen Absorbers etwa 3 Liter Wasser pro Tag produzieren, und Forscher sagen, dass zukünftige Versionen noch besser sein werden. Dies bedeutet, dass Haushalte in den trockensten Teilen der Welt möglicherweise bald über ein sonnenbetriebenes Gerät verfügen, das das gesamte benötigte Wasser produzieren kann und Milliarden von Menschen zugute kommt.

13 Billionen Liter Wasser lösten sich in der Atmosphäre auf, was 10% des gesamten Süßwassers in den Seen und Flüssen unseres Planeten entspricht. Verschiedene Methoden zum Auffangen von Luftfeuchtigkeit, beispielsweise aus Nebel, wurden seit langem entwickelt, und alle Arten von energieintensiven Luftentfeuchtern - Kondensatoren - werden ebenfalls verwendet. Beide Ansätze erfordern jedoch entweder sehr feuchte Luft oder zu viel Strom.


MOF-poröse Kristalle auf einem Substrat

Um eine Lösung aus einer Hand zu finden, wandten sich Forscher unter der Leitung von Omar Yaghi, Chemiker an der University of California in Berkeley, einer Familie kristalliner Pulver zu, die als metallorganische Gerüste oder MOFs bezeichnet werden. Yahi erhielt vor mehr als 20 Jahren die ersten MOF-porösen Kristalle, die kontinuierliche dreidimensionale Netzwerke bilden. Netzwerke bilden Strukturen im Stil von Kinderbaugruppen-Konstruktoren aus Metallatomen, die als Hubs fungieren, und stabförmigen organischen Verbindungen, die die Hubs miteinander verbinden. Durch die Auswahl verschiedener Metalle und organischer Stoffe können Chemiker die Eigenschaften jedes MOF ändern, indem sie die daran bindenden Gase sowie die Stärke des Kristalls selbst steuern.


Omar Yahi vor dem Hintergrund von Modellen metallorganischer poröser Kristallstrukturen, die Wasser aus der Luft sammeln können. Die Entdeckung von Yahya wurzelt in der Mitte der neunziger Jahre des letzten Jahrhunderts.

In den letzten zwei Jahrzehnten haben Chemiker mehr als 20.000 MOFs synthetisiert, von denen jeder einzigartige molekulare Fangeigenschaften aufweist. Zum Beispiel haben Yahi und andere Forscher kürzlich MOFs entwickelt, die Methan absorbieren und dann freisetzen. Dies ist eine Art Gasspeicher, der in Fahrzeugen verwendet werden kann, die mit Erdgas betrieben werden.

Im Jahr 2014 synthetisierten Yahi und seine Kollegen MOF, das auch bei niedriger Luftfeuchtigkeit eine hervorragende Wasseraufnahme fand. Dies führte ihn dazu, den Maschinenbauingenieur am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, Evelyn Wang, zu kontaktieren, mit dem er zuvor an einem Projekt zur Verwendung von MOF in der Fahrzeugklimatisierung gearbeitet hatte. Nach der Synthese eines neuen MOF auf Zirkoniumbasis namens MOF-801 traf Yahi Wang am MIT mit dem Vorschlag: „Evelyn, wir müssen ein neues Gerät zum Sammeln von Wasser entwickeln.“ Und sie gab ihre unveränderliche Zustimmung.


Konzeptbild MOF. Die roten und schwarzen Punkte im Modell sind metallorganische Strukturen, die durch schwarze Bänder zusammengehalten werden - die Bausteine, die Omar Yahi mithilfe einer retikulären chemischen Formation mit kristallinen porösen Schwämmen verbindet. Gelbe Kugeln stellen Poren dar, die Wassermoleküle aufnehmen können.

Das von Wang und ihren Schülern entwickelte System enthält ein Kilogramm Staub von der Größe eines Staubflecks aus MOF-Kristallen, die auf einer dünnen, porösen Kupferplatte platziert sind. Diese Platte befindet sich zwischen dem Solarabsorber und dem Feuchtigkeitskondensator und befindet sich in der Kammer. Nachts öffnet sich die Kammer und lässt Umgebungsluft in die Poren des MOF eindringen. Wassermoleküle haften wiederum an den inneren Strukturen des Kristalls. Wasser wird somit durch besondere Molekülgruppen von jeweils acht gesammelt, wobei kubische Tropfen gebildet werden. Am Morgen schließt sich die Kammer, Sonnenlicht, das durch das obere Fenster des Geräts dringt, erwärmt die MOF-Platte, die durch einfaches Verdampfen Wassertropfen in Richtung Kühler-Kondensator abgibt.



Der Temperaturunterschied sowie die hohe Luftfeuchtigkeit in der Kammer führen zur Kondensation von Dampf im Wasser, der in den Kollektor gelangt. Die Installation funktioniert so gut, dass sie pro Kilogramm MOF pro Tag 2,8 Liter Wasser aus der Luft zieht, teilten das Berkeley- und MIT-Team Science heute mit.

Basierend auf Materialien ausländischer populärwissenschaftlicher Online-Verlage
news.mit.edu newscenter.lbl.gov phys.org