08.03.2022

Trinkwasser aus der Luft

Mit einem hygroskopischen Salz extrahiert ein Hydrogel Trinkwasser aus trockener Luft.

Hydrogele saugen zuverlässig Wund­wasser aus Schürfwunden und halten Urin von Babyhaut fern. Einem Forschungs­team ist es nun gelungen, mit einem speziell entwickelten salz­haltigen Hydrogel schnell große Mengen Trinkwasser aus trockener Luft zu extrahieren. Das hygro­skopische Salz erhöhte dabei die Quellleistung des Gels. Anwendungen könnten die Trinkwasser­gewinnung in ariden Gebieten sein. 

Abb.: Ein Hydrogel kann Wassermoleküle aus trockener Luft extrahieren. (Bild:...
Abb.: Ein Hydrogel kann Wassermoleküle aus trockener Luft extrahieren. (Bild: Wiley-VCH)

Hydrogele können ein Vielfaches ihres Gewichts an Wasser aufnehmen und speichern. Dabei schwillt das zugrunde liegende polymere Material durch die Wasser­einlagerung stark an. Auf diese Weise auch Luft­feuchtigkeit für die Trinkwasser­gewinnung anzureichern, war aber bislang nicht möglich. Die Wasseraufnahme aus der Luft verläuft zu langsam und ineffektiv. Beschleunigen könnten die Saugleistung hygroskopische Salze, die der Luft rasch große Mengen an Feuchtigkeit entziehen können. Hygro­skopische Salze und Hydrogele bilden aber normalerweise keine gute Kombination: Das Salz lässt das Gel korrodieren und verschlechtert dessen Eigenschaften. Zudem sitzen die Salzionen nicht fest genug im Gel und werden leicht wieder ausgewaschen.

Der Material­wissenschaftler Guihua Yu und sein Team an der University of Texas at Austin haben nun ein besonders salzfreundliches Hydrogel entwickelt. Dieses Gel entfaltet zusammen mit einem hygro­skopischen Salz eine stark wasser­entziehende und -speichernde Wirkung. Dem Team gelang es, mit diesem Gel in 24 Stunden fast sechs Liter reines Wasser pro Kilogramm Material aus einer Luft mit dreißig Prozent Luftfeuchte zu extrahieren. Grundlage des neuartigen Hydrogels war ein Polymer, das aus zwitter­ionischen Molekülen aufgebaut war. Polyzwitter­ionen tragen sowohl positive als auch negativ geladene funktionelle Gruppen, die das Gel salzresponsiv machten. Zunächst lagen die Molekülstränge im Polymer fest zusammen. Gaben die Forschenden jedoch das Salz Lithium­chlorid hinzu, lockerten sich die Molekül­stränge auf, und es bildete sich ein poröses, schwammartiges Hydrogel, in das sich Wasser­moleküle schnell und bereitwillig einlagern konnten.

So bereitwillig, dass das Team einen zyklischen Betrieb zur konti­nuierlichen Wasser­abscheidung etablieren konnte. Immer eine Stunde ließen die Forschenden das Hydrogel Luftfeuchte aufnehmen, dann trockneten sie das Gel in einer Kondensations­apparatur, um das verdunstende Wasser aufzufangen. Diese Prozedur wiederholten sie viele Male, ohne dass es zu nennens­werten Verlusten an der Menge Wasser kam, die aufgenommen, abgegeben oder gesammelt wurde. Mit dem frisch hergestellten Hydrogel ließe sich laut Forscher Yu optimal ein täglicher Wasser­bedarf aus der Luft extrahieren. So könnten polyzwitter­ionische Hydrogele bei der Gewinnung von Atmosphären­wasser in ariden Regionen zukünftig eine Schlüsselrolle spielen.

Wiley-VCH / JOL

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