Filter by Themen
Filter by Kategorien
Filter by Veranstaltungsschlagworte
FS Logoi

Wasser aus Wüstenluft gewinnen

Ein internationales Forscherteam hat neue Materialien entwickelt, um Wasser in Wüstenregionen zu gewinnen. Dabei spielen poröse metallorganische Materialien eine zentrale Rolle. In ihren Hohlräumen verfangen sich Wassermoleküle aus der Luft besonders gut. Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam hat nun die molekularchemischen Vorgänge der Wasserernte analysiert und die Materialien optimiert. Wassermoleküle in Hohlräumen sammeln In metallorganische Materialien, auch […]

von | 23.11.21

Ein internationales Forscherteam hat neue Materialien entwickelt, um Wasser in Wüstenregionen zu gewinnen. Dabei spielen poröse metallorganische Materialien eine zentrale Rolle. In ihren Hohlräumen verfangen sich Wassermoleküle aus der Luft besonders gut. Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam hat nun die molekularchemischen Vorgänge der Wasserernte analysiert und die Materialien optimiert.

Wassermoleküle in Hohlräumen sammeln

In metallorganische Materialien, auch MOFs genannt, bilden Metalle und organische Stoffe eine poröse Gerüststruktur mit besonders vielen winzigen Hohlräumen und einer hohen inneren Oberfläche. Bestimmte, auf Aluminium basierte MOFs wurden so konstruiert, dass sich Wassermoleküle besonders gut in den Hohlräumen verfangen – sogar bei einer geringen Luftfeuchtigkeit von 20 Prozent, wie sie in Wüsten üblich ist. Die Wärme der Sonne presst anschließend das „geerntete“ Wasser aus dem MOF. Ohne zusätzliche Energie lässt sich so sauberes Trinkwasser gewinnen. Daher sehen vielen in MOFs großes Potential, um Menschen in trockenen Gebieten mit Wasser zu versorgen. Wie und warum in den MOFs Wassermoleküle hängen bleiben, hat man bisher allerdings nicht richtig verstanden.

Das Forscherteam hat daher mithilfe von Röntgenkristallographie und quantenchemischen Berechnungen in die Hohlräume der MOFs geblickt und auf atomarer Ebene analysiert, wie genau sich die Wassermoleküle aus der Luft in dem metallorganischen Gerüst verfangen und sammeln. Dabei stellte das Team fest, dass während sich die ersten Wassermoleküle mit den organischen Stoffen des MOF verbinden, die weiteren Wassermoleküle viel besser mit den bereits vorhandenen Wassermolekülen interagieren. Sie bilden innerhalb der Hohlräume zunächst Ketten, dann Cluster und schließlich ein Netzwerk an Clustern. Wichtig war dabei auch, dass die ersten Wassermoleküle nicht zu fest mit den MOFs verbunden sind, da sonst das Wasser nicht richtig aus dem Material herausgepresst werden kann.

Gerüst auf atomarer Ebene optimieren

Auf Basis all dieser Erkenntnis entwickelten die Forschenden mithilfe von Experimenten und Computermodellen MOFs, die den Wassermolekülen die Möglichkeit geben Cluster zu bilden, ohne zu fest an den organischen Stoffen zu kleben.

„Die Entwicklung von wasseraufnehmenden Materialien basierte bisher auf dem Prinzip Versuch und Irrtum. Da wir jetzt verstehen, wie die molekulare Evolution von Wasserstrukturen in metallorganischen Materialen funktioniert, können wir diese auf atomarer Ebene gezielt optimieren“, sagt Prof. Dr. Joachim Sauer, Co-Autor der Studie und Chemiker an der Humboldt-Universität zu Berlin.

Da Wassermoleküle sich je nach Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit anders verhalten, können mithilfe der Erkenntnisse der Studie auch MOFs erstellt werden, die für bestimmte Umweltbedingten optimiert sind und sogar in kühleren Gegenden funktionieren.

Originalpublikation: N. Hanikel, X. Pei, S. Chheda, H. Lyu, W. Jeong, J. Sauer, L. Gagliardi, O. M. Yaghi: Evolution of water structures in metal-organic frameworks for improved atmospheric water harvesting Science, 2021. DOI: 10.1126/science.abj0890

Bildquelle, falls nicht im Bild oben angegeben:

Jetzt Newsletter abonnieren

Stoff für Ihr Wissen, jede Woche in Ihrem Postfach.

Hier anmelden

Abwasser-Zweckverband Südholstein wird 60 Jahre
Abwasser-Zweckverband Südholstein wird 60 Jahre

Der Abwasser-Zweckverband (AZV) Südholstein ist 60 Jahre alt geworden. Am 14. Juli 1965 gründete sich der Verband mit Feststellung seiner ersten Satzung. Damit machte er im Kreis Pinneberg und Umgebung den Weg frei für Umwelt- und Gewässerschutz sowie bessere Lebensbedingungen durch die zentrale Abwasserentsorgung.

mehr lesen
The role of nanoplastic in marine pollution is greater than assumed
The role of nanoplastic in marine pollution is greater than assumed

Nanoplastic particles are less than one micrometre in size, but by mass, their share in marine pollution is comparable to that of microplastic. This is the result of a study conducted by scientists from the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) and the Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ).

mehr lesen
Joint Danube Survey 5: Großes Donau-Untersuchungsprojekt startet
Joint Danube Survey 5: Großes Donau-Untersuchungsprojekt startet

Alle sechs Jahre führen Experten aus dem Donauraum eine gemeinsame Untersuchung der Donau namens „Joint Danube Survey“ durch. In diesem Jahr realisiert die Internationale Kommission zum Schutz der Donau (IKSD), Österreich, gemeinsam mit 13 weiteren Donauländern das weltweit größte Überwachungsprojekt an Oberflächengewässern mit 100 beteiligten Institutionen.

mehr lesen

Passende Firmen zum Thema:

Keller & Hahn Brunnenbau GmbH

Thema: Wassergewinnung

Brunnenbau, Quellfassungen,

ETSCHEL BRUNNENSERVICE GMBH

Thema: Wassergewinnung

Home of the JET Master

pigadi GmbH

Thema: Wassergewinnung

Brunnenservice Büro Süd: +49 9264 989 098 Büro NRW +49 2041 3805

Sie möchten die gwf Wasser + Abwasser testen

Bestellen Sie Ihr kostenloses Probeheft

Überzeugen Sie sich selbst: Gerne senden wir Ihnen die gwf Wasser + Abwasser kostenlos und unverbindlich zur Probe!

Finance Illustration 03