2,1 Milliarden Menschen haben laut dem aktuellen Weltwasserbericht 2019 der Vereinten Nationen keinen Zugang zu sauberem und durchgängig verfügbarem Trinkwasser. Zwar kann die Entsalzung von Meerwasser diesen Mangel teilweise beseitigen, doch benötigen die bisher genutzten Verdampfungsanlagen viel Energie. Solarverdampfer stellen dafür eine nachhaltige Alternative dar, da sie ausschließlich mit Sonnenlicht betrieben werden.
Hauchdünne Fasern transportieren das Wasser an die Oberfläche
Einen besonders effizienten Prototyp haben chinesische Wissenschaftler nun auf der Basis von Nanofasern aus Cellulose entwickelt. Wie sie in der Fachzeitschrift Nano Letters berichten, können damit auf einer kleinen Fläche von einem Quadratmeter durch Verdampfung bis zu drei Liter Trinkwasser pro Stunde gewonnen werden.
Für ihren Prototyp nutzten Qing-Fang Guan und seine Kollegen an der University of Science and Technology of China in Hefei möglichst viele natürliche und günstige Materialien. Zunächst sprühten sie eine Nährflüssigkeit mit Bakterien der Art Gluconacetobacter xylinus auf ein dünnes Holzbrett. Daraufhin produzierten die Mikroben durch einen Fermentationsprozess 20 bis 100 Nanometer dicke Cellulosefasern. Nach etwa einem Tag bildete sich daraus ein Netzwerk, das sich auch in die Holzschicht ausbreitete und so einen guten Wassertransport gewährleistete.
Im arktischen Ozean wuchert Phytoplankton. Das liegt nicht nur am Klimawandel. Ob die dort lebenden Tiere davon profitieren oder Schaden nehmen, ist noch unklar.
Auf der Oberfläche fügten die Forscher eine hauchdünne Schicht aus dunklen Kohlenstoffnanoröhrchen hinzu, die Sonnenlicht über den gesamten Spektralbereich - vom ultravioletten bis zum infraroten Licht - absorbieren können. Um die Sonnenwärme zusätzlich an der Oberfläche zu konzentrieren, verwendeten sie sehr kleine, hohle Glaskügelchen als Isolationsschicht an der Grenze zum Holz.
Drang nun Wasser von der Unterseite in das Holz ein, wurde es über die Nanofasern zur Oberfläche transportiert. Diese heizte das Sonnenlicht bis auf knapp 40 Grad Celsius auf. So verdampften pro Stunde und Quadratmeter bis zu 2,9 Liter Wasser. Die hohe Effizienz liegt vor allem an den Nanofasern, in deren Innern weniger Wärme zum Verdampfen benötigt wird. Die sogenannte Verdampfungsenthalpie des Wassers konnte um etwa 60 Prozent im Vergleich zum theoretischen Wert reduziert werden.
Um künftig in sonnenreichen Küstenregionen Meerwasser zu entsalzen, ließe sich dieser Solarverdampfer prinzipiell günstig und im großen Maßstab produzieren. Allerdings blieben die Nanofasern bislang nur für gut zwei Wochen stabil. Doch mit einem besseren Produktionsverfahren hoffen die Forscher, die Haltbarkeit der Solarverdampfer auf mindestens mehrere Monate zu verlängern.
