Wasser aus Wüstenluft gewinnen

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

Mit Mikroblasen gegen Mikroplastik im Niederschlagswasser

Mikroplastik schwebt in der Luft, treibt in den Ozeanen und befindet sich sogar im Trinkwasser. Die Kunststoffteilchen sind kleiner als fünf Millimeter, kaum abbaubar und gelten als gefährlich für die Umwelt und menschliche Gesundheit. Zu den Hauptquellen von Mikroplastik gehört der Abrieb von Reifen, der auf Straßen zurückbleibt und vom Regen in die Kanalisation und schließlich in die Gewässer gespült wird. Eine Idee, um dieses Problem zu lösen, hat das Start-up MicroBubbles aus Bad Lippspringe.

Neuer Atlas der Klimaextreme erschienen

Ein neuer Atlas macht Klimaextreme in Deutschland sichtbar: Das Alfred-Wegener-Institut im Helmholtz-Verbund REKLIM veranschaulicht Extreme auf Basis von Daten des Deutschen Wetterdienstes. Der Atlas zeigt anschaulich, wie sich der Klimawandel entwickelt und welche Veränderungen bereits spürbar sind.

KI-Wettermodelle unterschätzen Hitze-, Kälte- und Windrekorde

Künstliche Intelligenz hat die Wettervorhersage in den vergangenen Jahren stark vorangebracht. Moderne KI-Modelle erstellen Prognosen schnell und vergleichsweise energieeffizient; bei normalen Wetterlagen erreichen sie häufig eine Genauigkeit, die mit klassischen, physikbasierten numerischen Modellen mithalten kann oder diese sogar übertrifft. Bei besonders schweren Extremereignissen, die neue Rekordwerte erreichen, zeigen KI-basierte Vorhersagen jedoch weiterhin deutliche Schwächen.

DVGW und KDW: Gemeinsam für eine sichere digitale Wasserwirtschaft

Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) und das Kompetenzzentrum Digitale Wasserwirtschaft (KDW) arbeiten künftig enger zusammen. Ziel der Kooperation ist es, die digitale Transformation der Wasserwirtschaft fachlich zu begleiten und die Branche beim sicheren Einsatz digitaler Technologien zu unterstützen. Die entsprechende Vereinbarung wurde am 05. Mai 2026 auf der IFAT in München unterzeichnet.

Kein Ozean bleibt unberührt

Selbst im extrem abgelegenen Südpazifik stammt inzwischen mehr Zink aus menschgemachten Emissionen als aus natürlichen Quellen. Über Aerosole wird das vom Menschen freigesetzte Metall über enorme Distanzen transportiert und gelangt so auch in offene Meeresgebiete fernab der Zivilisation. Die zunehmende Zinkbelastung des Meerwassers könnte das empfindliche Gleichgewicht von Planktongemeinschaften und damit auch das marine Nahrungsnetz beeinträchtigen.