Wasserspinat aus der Wüste: Ein Solarmodul, drei Funktionen

In der Nacht steigt die Luftfeuchtigkeit in Wüsten oft auf 50 Prozent und mehr. Ein Umstand, der sich dazu nutzen lässt, Trinkwasser zu gewinnen – und Peng Wang, Pro­fessor für Umwelttechnik an der King Abdullah University of Science & Technology im saudi-arabischen Thuwal, zu noch mehr inspiriert hat. Sein Team hat jetzt ein Gerät mit der Bezeichnung WEC2P (water-electricity-crop co-production system) präsentiert, das gleich drei Funktionen hat: Es erzeugt Strom mit einem Solarmodul, Trinkwasser, und es kultiviert Nutzpflanzen wie den im asiatischen Raum beliebten Wasserspinat.

Solarmodule auf Siliziumbasis erzeugen umso weniger Strom, je wärmer sie sind. Wang und sein Team legen sie deshalb auf ein Hy­drogel, das nachts Wasser aus der Luft bindet. Wenn die Sonne dann scheint, gibt die Solarzelle einen Teil der Wärme an das Hydrogel ab, sodass das nachts gesammelte Wasser verdunstet. Es wird in einer Blechbox aufgefangen und kondensiert dort. Die Temperatur des So­larmoduls wird durch diese Anordnung deutlich verringert, sodass es mehr Strom erzeugt. Ähnlich ist es bei schwimmenden Solarzellen, wie sie für Wüsten freilich nicht infrage kommen.

Ohne Kühlung heizten sich Solarmodule am gleichen Ort auf bis zu 90 Grad Celsius auf. Das Gel entzog ihnen so viel Energie, dass die Temperatur im Mittel um bis zu 14 Grad gesenkt wurde. Die Stromausbeute stieg dadurch wiederum um bis zu zehn Prozent.

Im Juli 2021 versenkten die Forscher im Schatten unterhalb des Ge­räts 60 Samenkörner in der Erde und brachten den Wasserspinat mit dem gesammelten Wasser des Versuchsaufbaus zum Keimen. Innerhalb von zwei Wochen erreichte er eine Höhe von 25 Zentimetern und konnte geerntet werden. Nur drei Samenkörner gingen nicht auf.

„Unser Ziel ist ein integriertes System zur umweltverträglichen Produktion von Strom, Wasser und Nahrungsmitteln in ariden Gebieten“, sagt Wang. Er schafft gewisser­maßen Oasen in der Wüste. Allerdings ist er mit der Ausbeute noch nicht zufrieden. Ein Gerät mit einer Fläche von 30 x 60 Zentimetern produziert je Tag 600 Milliliter Wasser. Das reicht zwar zur Bewässerung des Wasserspinats. Für eine effektive Trinkwasserversorgung müsse das Gel aber noch verbessert werden, sagt Wang. „Sicherzustellen, dass jeder auf der Erde Zugang zu sauberem Wasser und erschwinglichem sauberen Strom hat, ist Teil der von den Vereinten Nationen festgelegten Ziele für die Zukunft“, so Wang. „Unser Modul kann dabei helfen.“

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