Diese Technologie könnte die Wasserkrise lösen

In der Schweiz sind wir umgeben von Wasser. In der Natur finden wir es in Flüssen und Seen, es kommt Zuhause aus dem Hahn und aus öffentlichen Brunnen. Doch dies ist ein Luxus, der vielen Menschen verwehrt bleibt. Weltweit haben über eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Weitere 2,4 Milliarden – fast ein Drittel der gesamten Weltbevölkerung – leiden an Krankheiten, die durch das Trinken von schmutzigem Wasser verursacht werden.

Zwar gibt es verschiedene Methoden, sauberes Trinkwasser zu gewinnen oder schmutziges zu reinigen. Diese sind allerdings oft komplex, wenig effizient, teuer und verbrauchen viel Energie. Eigenschaften, die den Einsatz in Entwicklungs- oder Drittweltländern verunmöglichen. Eine Methode könnte aber mit Effizienz und Flexibilität gegen die Wasserknappheit eingesetzt werden: die solare Direktverdampfung. Diese Methode kommt zum Beispiel auch in Solarkraftwerken zum Zug.

Doch obwohl die Entwickler bereits 2010 ein Verfahren für die Trinkwasseraufbereitung patentieren liessen, gibt es noch keine kommerzielle, praktische Anwendung. Warum das so ist und wie es um Forschung und Entwicklung rund um die solare Direktverdampfung steht, fassen chinesische Forschende in einer neuen Studie zusammen. Sie ist in der Fachzeitschrift Solar Energy Materials and Solar Cells erschienen.

Einfaches Prinzip – komplizierte Umsetzung

Das Grundprinzip der solaren Direktverdampfung – englisch «direct solar steam generation» – ist relativ einfach: Einfallendes Sonnenlicht trifft auf ein solarthermisches Umwandlungsmaterial. Also ein Material, das die Sonnenenergie in nutzbare Wärmeenergie umwandelt. Dazu gehören viele Metalle wie Edelstahl und Kupfer, die in der Sonne schnell heiss werden und das auch lange bleiben. Wenn mittels einem erhitzten Material beispielsweise schmutziges Wasser oder Salzwasser erwärmt wird, verdampfen die Wassermoleküle. Der Schmutz bleibt zurück und der saubere Wasserdampf kann wieder eingefangen werden.

Die Flüssigkeit, die aus dem kondensierten Wasserdampf entsteht, ist destilliertes Wasser. Um die Trinkbarkeit von destilliertem Wasser ranken sich hartnäckige Ammenmärchen, doch grundsätzlich ist es nichts anderes als sauberes Regenwasser.

Die eigentliche Problematik der solaren Direktverdampfung ist der theoretische Grenzwert der Verdampfung. Die chinesischen Forschenden berechneten, wie viel Wasser mit den heutigen Methoden in einem bestimmten Zeitraum theoretisch in Wasserdampf umgewandelt werden könnte. Dabei mussten sie vor allem zwei Dinge beachten: Wieviel Energie beim Erwärmen des Wassers verloren geht und wieviel des produzierten Wasserdampfs wieder eingefangen werden kann. Nach diesen Berechnungen kamen die Forschenden zum Schluss, dass diese Verdampfungsleistung nicht für eine praktische, kommerzielle Anwendung reicht – die Methode braucht noch zu viel Energie.

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Dies bedeutet aber nicht das Aus für die Methode, schreiben die Forschenden in ihrer Studie. Und zeigen Wege auf, wie die Effizienz der Methode verbessert werden könnte. Zum Beispiel durch die Rückgewinnung der Energie, die bei der Kondensation zurückbleibt, oder das Reduzieren der Verdampfungswärme, da so mit weniger Energie mehr Wasser gereinigt werden könnte.

Allerdings stehen der praktischen Anwendung der solaren Direktverdampfung weitere relevante Fragen im Weg. Beispielsweise zur Haltbarkeit der Materialien oder der Stabilität bei schwankenden Wind- und Wetterbedingungen. Doch die Forschung ist hoffnungsvoll. Die Knappheit von Trinkwasser ist ein globales, wachsendes Problem und die solare Direktverdampfung könnte eine Lösung dafür darstellen. Allerdings scheint es so, als ob die Forschung zu dieser Methode wenig profitbringend ist und die praktische Umsetzung deshalb auf sich warten lässt.