Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat bahnbrechende Fortschritte bei der Entwicklung neuer poröser Materialien erzielt, die in der Lage sind, Wasser aus der Luft zu gewinnen und gleichzeitig effizientere Kühlungssysteme zu ermöglichen. Unter der Leitung von Professor Norbert Stock aus dem Institut für Anorganische Chemie hat das Team ein Material entwickelt, das nicht nur umweltfreundlich ist, sondern auch das Potenzial hat, die Trinkwasserversorgung in trockenen Regionen zu revolutionieren.
In Gebieten wie dem Mittelmeerraum, wo steigende Temperaturen und abnehmende Niederschläge eine Herausforderung darstellen, bietet diese Technologie eine vielversprechende Lösung. Das Ziel ist es, Wassermoleküle aus der Luft zu extrahieren und sie in Trinkwasser umzuwandeln. Die jüngsten Studien, die in angesehenen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, dokumentieren die Fortschritte in der Herstellung des Materials und die Verbesserung der Effizienz von Kühlsystemen.
Das neue Material, bekannt als „CAU-10-H“, gehört zur Familie der metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs) und besitzt eine hochporöse Struktur, die es ihm ermöglicht, große Mengen Wasser aufzunehmen und schnell wieder abzugeben. Diese porösen Strukturen, die durch ihre vielen kleinen Hohlräume charakterisiert sind, bieten eine enorme Oberfläche für die Wasserbindung. Die Grundlagen für diese Technologie wurden bereits im Jahr 2025 mit dem Nobelpreis für Chemie gewürdigt.
In den Laborexperimenten hat das Team herausgefunden, dass CAU-10-H bereits bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 18 % Wasser aufnehmen kann. Die Freisetzung der gebundenen Wassermoleküle erfolgt bei Temperaturen von etwa 70 °C. Durch die Kombination des MOFs mit leitfähigen Kohlenstoffstrukturen wird dieser Prozess weiter beschleunigt. Diese Innovation ermöglicht es, das Material gezielt durch elektrische Energie oder Sonnenlicht zu erwärmen, wodurch die Wasserabgabe erheblich beschleunigt wird. Unter optimalen Bedingungen kann das Material bis zu 0,17 g Wasser pro g Material aus der Luft gewinnen, was potenziell bis zu 1,8 Liter Wasser pro Tag und Kilogramm des Kompositmaterials ergibt.
Ein weiterer bemerkenswerter Aspekt dieser Entwicklung ist die Anwendung des Materials in Kühlanlagen. In diesen Systemen zeigt CAU-10-H eine bis zu dreimal höhere Kühlleistung im Vergleich zu herkömmlichem Silicagel, das häufig als Trockenmittel verwendet wird. Diese Technologie könnte in Zukunft die Abwärme aus verschiedenen Quellen, wie beispielsweise Rechenzentren oder Bäckereien, nutzen und damit den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Klimaanlagen erheblich senken. Dies würde die Kühlung nicht nur effizienter, sondern auch nachhaltiger machen.
Die Forschung zur Herstellung von CAU-10-H ist mittlerweile so weit fortgeschritten, dass das Team in der Lage war, die Produktion auf einen Technikumsmaßstab zu erweitern. In Zusammenarbeit mit Kalle Mertin wurde die Menge des produzierten Materials auf etwa 30 kg gesteigert, was einer Verdreifachung der bisherigen Laborproduktion entspricht. Durch eine techno-ökonomische Analyse konnten die Forscher zudem die Produktionskosten auf etwa 12 bis 14 US-Dollar pro Kilogramm senken. Dies bringt die Anwendung des Materials in der realen Welt in greifbare Nähe und zeigt, dass es nicht nur im Labor funktioniert, sondern auch wirtschaftlich tragfähig ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklungen am Institut für Anorganische Chemie der CAU Kiel einen vielversprechenden Schritt in Richtung nachhaltiger Wassergewinnung und effizienter Kühlung darstellen. Mit einer Kombination aus innovativem Materialdesign und praktischen Anwendungen könnte diese Technologie dazu beitragen, den Herausforderungen des Klimawandels und der Wasserknappheit in vielen Regionen der Welt zu begegnen.
