Kontext

Im Jahr 2022 haben global betrachtet knapp 3.6 Milliarden Menschen mindestens einen Monat im Jahr nicht ausreichend Trinkwasser zur Verfügung gehabt [1]. Besonders aride Gebiete sind dabei aufgrund von Wasserknappheit betroffen [2]. 41% der weltweiten Landfläche wird als arid oder semi-arid identifiziert [3]. Die Wasserknappheit ist nicht nur ein Problem in Australien, Nordafrika oder Asien, die den größten Anteil arider Gebiete aufweisen, sondern auch in Deutschland. Langanhaltende Trockenperioden und steigende Temperaturen lassen den Grundwasserspiegel sinken und Flussbette austrocknen. Die zunehmende Beanspruchung von Süßwasserquellen übersteigt in vielen Teilen der Welt ihrer Verfügbarkeit, in Grafik 1 ist erkennbar, dass in Europa, Nordafrika, Nordamerika und großen Teilen Asiens eine nachhaltige Nutzung nicht gewährleistet ist. Es wird simuliert, dass 2050 bis zu 5 Milliarden Menschen unter Trinkwasserversorgungsengpässen leiden [1,2]. Das World Economic Forum erkennt Wasserkrisen zu den Top-5-Risiken dieser Zeit an [4].

Trotzdem gibt es noch keine nachhaltige, effiziente und kostengünstige Möglichkeit der Wassergewinnung, vorallem in Ballungsräumen. Meerwasserentsalzungsanlagen, wie sie in Dubai, Israel und Australien stehen, sind energieintensiv und pumpen hochsalzige Solen in das Meer zurück, was die zunehmende Versauerung der Meere Vorschub leistet [5,6]. In Abu Dhabi stammen 22% der CO2 Emissionen aus den Entsalzungsanlagen des Emirats [6].

 

Wasser-Last-Index weltweit
Grafik 1: Beanspruchung der Frischwasserquellen weltweit. Der Wasser-Last-Index (Water stress indicator) stellt das Verhältnis zwischen der nachhaltig verfügbaren Wassermenge und tatsächlichen Nutzung dar [11].

Forschung

Eine Technologie, die einen anderen Wasserspeicher nutzt, ist atmosphärische Wassergewinnung (Atmospheric Water Harvesting, AWH). Durch adsorbierende Materialien wird nachts Feuchtigkeit aus der Luft entzogen, die am Tag durch einen Wärmeeintrag verdampft wird. Dieser Wärmeeintrag kann durch beispielsweise durch Photovaltaik und Abwärme eines Rechnenzentrums erzeugt werden. Anschließend kondensiert das zuvor verdampfte Wasser an Oberflächen aufgrund der Umgebungstemperatur. Der Stromverbrauch hierbei beträgt nur ein Bruchteil der Energiemenge, die für die Meerwasserentsalzung benötigt wird.  Im Moment ist nicht damit zu rechnen, dass die Entnahme von gasförmigen Wasser aus der Atmosphäre in der Menge der AWH-System relevante klimatische Veränderung verursacht, wobei eine Analyse dessen noch nicht veröffentlicht ist. Gasförmiges Wasser ist ein Treibhausgas, welches die globale Durchschnittstemperatur im Mittel erhöht.

An atmosphärischer Wassergewinnung wird zunehmend mehr geforscht [7,8,9,10]. Verschiedene Adsorptionsmaterialien bieten unterschiedliche Vor- und Nachteile abhängig von den klimatischen Bedingungen. Im Rahmen des Projektes Adsorptionsbasierte Wassergewinnung aus der Umgebungsluft soll eine Kombination aus globaler Potentialanalyse und der physikalisches Modellierung eines gesamten AWH-Systems realisiert werden. Das Modell wird an einem realen System getestet. Mit Hilfe dieser Arbeit könnten genaue Vorgaben zur benötigten Energiemenge pro adsorbiertem Wasservolumen getroffen und AWH als Alternative zu anderen Süßwassergewinnungsmethoden evaluiert werden.

 

Literatur

[1] State of Global Water Resources report 2022, WMO-No.1333, Geneva 2023, 

https://library.wmo.int/idurl/4/68473

[2] What Do We Know about Water Scarcity in Semi-Arid Zones? A Global Analysis and Research Trends, Morante-Carballo et al., 2022, Water, https://doi.org/10.3390/w14172685

[3] Trees, forests and land use in drylands: the first global assessment, Full report FAO, Forestry Paper No.184. Rome, 2019, https://openknowledge.fao.org/handle/20.500.14283/ca7148en

[4] Global Risks Report 2024, World Economic Forum, Geneva 2024, Global Risks Report 2024 | World Economic Forum | World Economic Forum (weforum.org)

[5] Renewable and sustainable approaches for desalination, ScienceDirect, Gude et al., 2010, https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.06.008

[6] Sustainability in Desalination, Water World, Alanna Maya, 2020, Sustainability in Desalination | WaterWorld

[7] MIL-160 as an Adsorbent for Atmospheric Water Harvesting, energies, Solovyeva et al., 2021, https://doi.org/10.3390/en14123586

[8] Global potential for harvesting drinking water from air using solar energy, nature, Lord et al., 2021, https://doi.org/10.1038/s41586-021-03900-w

[9] Atmospheric water harvesting: A review of techniques, performance, renewable energy solutions, and feasibility, ScienceDirect, Tashtoush et al., 2023, https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128186

[10] An overview of atmospheric water harvesting methods the inevitable path of the future in water supply, Royal Society of Chemistry, Ahrestani et al., 2023, https://doi.org/10.1039/D2RA07733G

[11] A Pilot Global Assessment of Environmental Water Requirements and Scarcity, Water International, V. 29 N. 3, Smakhtin et al., 2004, https://doi.org/10.1080/02508060408691785

 

Forschende Personen: Prof. Dr. Paul Kohlenbach, Johannes Müller

Bei Rückfragen: Johannes Müller, johannes.mueller(at)bht-berlin.de