Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat ein poröses Material weiterentwickelt, das bereits bei Raumtemperatur und geringer Luftfeuchtigkeit von 18 Prozent Wasser aus der Luft binden kann, um daraus Trinkwasser zu gewinnen. Mit dem System sollen neue Quellen für Trinkwasser in wasserarmen Gebieten, wie etwa dem Mittelmeerraum, erschlossen werden.

Der Klimawandel sorgt in einigen Gebieten für sinkende Niederschlagsmengen, was sich auf das Grund- und damit das Trinkwasser auswirkt. Um genügend Trinkwasser zu gewinnen, setzen die Kieler Forscher auf eine umweltfreundliche Technik in Form eines besonders porösen Materials, das Wasser selbst aus trockener Luft aufnehmen und bei Erhitzung wieder freigeben kann. Zudem ist das Material dazu geeignet, die Effektivität von Kühlsystemen zu verbessern. Die Ergebnisse ihrer Forschungsarbeit haben die Wissenschaftler in den Studien „Electrically conductive MOF@carbon foam composites for atmospheric water harvesting through internal Joule heating and light irradiation“ und „CAU-10-H: Synthesis Scale-Up at the Pilot Scale, Techno-Economic Analysis, and Application in a Full-Scale Cooling System“ veröffentlicht, die im Journal of Materials Chemistry bzw. Industrial & Engineering Chemistry Research erschienen sind.

Materialien der Klasse der Metall-organischen Gerüstverbindungen (Metal Organic Frameworks – MOF) können aufgrund ihrer hohen Porösität in kurzer Zeit viel Wasser aufnehmen. Sie bestehen aus einem System fein vernetzter Hohlräume, in denen sich das Wasser sammeln kann. Ein solches Material haben die Kieler Forscher sowohl für die Wasseraufnahme als auch die Wärmetransformation optimiert. Das Material nennen sie CAU-10-H, eine Kombination der Kurzbezeichnung der Universität und dem Elementsymbol von Wasserstoff.

Wassergewinnung aus trockener Luft

Das Material ist in der Lage, bereits bei Raumtemperatur Wassermoleküle aus der Luft aufzunehmen und zu binden. Pro Gramm des Materials können bis zu 0,17 g Wasser aufgenommen werden. Dabei reicht eine Luftfeuchtigkeit bei 18 Prozent bereits aus. Das Material funktioniert also auch dann, wenn die Luft verhältnismäßig trocken ist, was den Einsatz in trockenen Gebieten zulässt. Zum Vergleich: Die optimale Raumluftfeuchtigkeit bei Raumtemperatur zwischen 18 und 22 °C liegt bei 40 bis 60 Prozent.

CAU-10-H hat aber noch einen weiteren Vorteil: Das Material kann das Wasser bei 70 °C wieder abgeben. Das kann etwa durch warmes Sonnenlicht oder durch Erhitzen mit Strom erreicht werden. Das Wasser kann so gezielt in kurzen, sich wiederholenden Zyklen abgegeben werden. Nach Angaben der Forscher ergibt sich pro Kilogramm Material eine Ausbeute von 1,8 l pro Tag. Das gewonnene Wasser kann dann zu Trinkwasser aufbereitet werden. Aufgrund dieser Effektivität ist das System bei entsprechender Skalierung in der Lage, Trinkwasser in trockenen Gebieten zu erschließen.

Dass eine Skalierung grundsätzlich möglich ist, haben die Wissenschaftler aus Kiel bereits nachgewiesen: Sie stellten 30 kg CAU-10-H her. Das entspricht etwa dem 60-fachen dessen, was sie zuvor im Labor erzeugt hatten. Die Forscher optimierten die Prozesse und erreichen nach eigenen Angaben nun einen Materialpreis pro Kilogramm von 12 bis 14 US-Dollar, sodass sich CAU-10-H wirtschaftlich herstellen lässt.

Einsatz in Klimaanlagen

Die Kieler Forscher fanden zudem in einem weiteren Forschungsprojekt heraus, dass sich CAU-10-H auch als Material in Adsorptionskälteanlagen einsetzen lässt. Das dort häufig verwendete Silicagel als Trockenmittel könnte durch das Kieler Material ersetzt werden. CAU-10-H soll im Vergleich eine dreimal höhere Kühlleistung erreichen. Abwärme etwa aus Rechenzentren könnte dazu genutzt werden, um Klimaanlagen zu betreiben, die weniger Energie bei zugleich höherer Kühlleistung benötigen.

Das poröse MOF-Material wurde bereits vor 15 Jahren entdeckt. Für die Grundlagenforschung erhielten Susumu Kitagawa aus Japan, Richard Robs aus Australien und der US-Amerikaner Omar M. Yaghi 2025 den Chemie-Nobelpreis.

(olb)