Dieses Hydrogel gewinnt Trinkwasser aus der Luft

Forscher:innen des Massachusetts Institute of Technology gelang es, ein superabsorbierendes Hydrogel zu erschaffen, das bisher unerreichte Mengen Feuchtigkeit aus der Luft ziehen kann. Dies funktioniert sogar unter Bedingungen, die denen in einer Wüste gleichen. Das neue Material öffnet die Tür für effiziente, nachhaltige Methoden im Kampf gegen die Wasserknappheit.

Wasser ist lebensnotwendig

Wasser ist ein Schlüsselelement für das menschliche Überleben und für gesunde, ausgeglichene Ökosysteme. Allerdings hat der fortschreitende Klimawandel in vielen Regionen der Erde für einen fortdauernden Wassermangel gesorgt. Laut der Unicef leiden fast zwei Drittel aller Menschen weltweit mindestens einen Monat im Jahr unter Wassermangel.

Forscher:innen sind deshalb weltweit auf der Suche nach innovativen Materialien zur Wassergewinnung. Als gute Kandidaten haben sich dabei hygroskopische Hydrogels erwiesen, also Hydrogels, die aktiv Wasser anziehen und binden können. Derartige Hydrogele sind besonders vielversprechend, wenn sie möglichst günstig, skalierbar und nachhaltig sind. Außerdem muss mit ihnen möglichst viel Flüssigkeit gewonnen werden können.

Das Geheimnis ist Salz

Forscher:innen rund im Gustav Graeber konnten ein Hydrogel entwickeln, dass diesen Anforderungen gerecht wird. Und das sogar dann, wenn es in der Wüste zum Einsatz kommt. Das Geheimnis hinter der hohen Absorptionsfähigkeit des Gels ist sein hoher Gehalt an einem bestimmten Salz.

Nachdem die Forscher:innen verschiedene Studien gelesen hatten, in denen Hydrogels mit Salzen gemischt wurden, haben sie sich auf Lithiumchlorid als Salz geeinigt. Dieses ist sehr hygroskopisch und kann mehr als das 10-fache seines Trockengewichts an Wasser aufnehmen. Das Hydrogel wiederum hat die Aufgabe, das vom Salz angezogene Wasser aufzunehmen. „ It’s the best of both worlds. The hydrogel can store a lot of water, and the salt can capture a lot of vapor. So it’s intuitive that you’d want to combine the two„, so Graeber.

Wasser sogar in der Wüste

Bei der Entwicklung des Hydrogels haben die Forscherinnen das Gel in Lösungen mit unterschiedlicher Konzentration Lithiumchlorid getaucht. Durch tägliches Wiegen konnten sie dann ermitteln, wie viel Salz in das Hydrogel übergegangen war. Nach 30 Tagen konnten sie feststellen, dass das Gel 24 Gramm Salz pro Gramm Gel aufnehmen konnte.

Anschließend testen sie das Gel unter unterschiedlichen Konditionen. Und selbst bei 30 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit, also weniger als des Nachts in der Wüste, konnte das Gel immer noch 1,79 Gramm Wasser pro Gramm Hydrogel sammeln. Das sind etwa 15 Prozent mehr als bisher bekannte Hydrogels. Dieses Wasser kann dann erhitzt und kondensiert werden und steht dann als ultrapures Wasser zur Verfügung. „ Any desert during the night would have that low relative humidity, so conceivably, this material could generate water in the desert„, so Carlos Díaz Marín, einer der Hauptautoren der Studie.

Absorptionsrate beschleunigen

Die nächste Herausforderung für die Forscher:innen ist es, den Absorptionsprozess zu beschleunigen. „The big, unexpected surprise was that, with such a simple approach, we were able to get the highest vapor uptake reported to date. Now, the main focus will be kinetics and how quickly we can get the material to uptake water. That will allow you to cycle this material very quickly, so that instead of recovering water once a day, you could harvest water maybe 24 times a day„, so Graeber.

Das Hydrogel kann zudem in großen Mengen relativ günstig hergestellt werden. Und auch andere Anwendungsmöglichkeiten sind denkbar. „ We’ve been application-agnostic, in the sense that we mostly focus on the fundamental properties of the material. But now we are exploring widely different problems like how to make air conditioning more efficiency and how you can harvest water. This material, because of its low cost and high performance, has so much potential„, so Díaz-Marín weiter.

via MIT