Kann man allein mit Sonnenschein Trinkwasser buchstäblich aus der Luft gewinnen? Das war die Frage hinter unserem Projekt im Rahmen des TÜBİTAK-Förderprogramms für F&E-Start-ups von KMU (1507), Projekt Nr. 7230226, das von Januar 2023 bis Juni 2024 lief. Bei Innorma R&D, dem F&E-Start-up von Solimpeks in der Technologiezone InnoPark, haben wir einen eigenständigen Prototyp entwickelt, der atmosphärische Feuchtigkeit mit Solarenergie gewinnt, aufbauend auf mehreren Jahren Arbeit an energieeffizienten Kühlsystemen und Solarkollektoren.
Wie funktioniert die solare Anlage zur atmosphärischen Wassergewinnung?
Das System läuft in einem Tag-Nacht-Zyklus. Ein Trockenmittel adsorbiert nachts Feuchtigkeit aus der Luft; tagsüber erwärmt ein solarer Lufterhitzer (HGK) die einströmende Luft, um diese Feuchtigkeit aus der Trockenmitteleinheit (DNT) zu lösen, und ein luftgekühlter Verflüssiger (HSY) macht aus dem Dampf flüssiges Wasser. Die Regenerationstemperaturen erreichen bis zu 90 °C.
Wir haben drei Trockenmittelrouten getestet:
| Prototyp | Trockenmittel | Geometrie | | --- | --- | --- | | A | Granuliertes Kieselgel | Zylindrische Einheit | | B | ACFF-LiCl-Komposit (hauseigene Entwicklung) | Sinusförmige Wabe | | C | MOF-303 | Sinusförmige Wabe |
Klimakammerversuche bestätigten die Wassererzeugung, wobei die Erträge mit Luftfeuchtigkeit und Temperatur variierten – Ergebnisse, die die Optimierungsarbeit im weiteren Projektverlauf leiteten.
Was umfassten die vier Arbeitspakete?
AP1 – Konzept und Simulation. Schemata für die Prototypen und Testeinheiten, mathematische EES-Modelle für Wärme- und Stoffübertragung, Luftströme von 0,03–0,07 kg/s, SolidWorks für das 3D-Design und ANSYS CFD zur Verfeinerung der Geometrien – zylindrisch für A, sinusförmige Wabe für B und C. Randbedingungen: 1000 W/m² Einstrahlung, 30 °C Umgebungstemperatur, mit dem Ziel von 50 % thermischem Wirkungsgrad im solaren Luftkollektor.
AP2 – Beschaffung und Aufbau. Lithiumchlorid, Kieselgel und MOF beschafft (mit Reserven gegen Verzögerungen); der solare Luftkollektor mit perforierten Absorbern gebaut; Trockenmitteleinheiten in Varianten als Granulatzylinder und Schichtkomposit; der Verflüssiger als Kreuzstromwärmetauscher. Trockenmittelproben zeigten bis zu 18 % Gewichtszunahme durch Aufnahme in Kohlenstofffilz.
AP3 – Validierung und Optimierung. Beim Vergleich von Simulationen mit frühen Tests optimierten wir die Trockenmitteleinheit auf 300 mm Breite mit 58 Schichten bei 4 mm Teilung für geringen Druckverlust und iterierten Lamellenkonstruktionen und LiCl-Anteile für bessere Kinetik ohne Korrosion.
AP4 – der Praxistest. Klimakammerversuche bei 15–35 °C und 45–60 % relativer Luftfeuchte, protokolliert über PT1000-Sensoren und Datenlogger – Adsorption nachts, Desorption und Kondensation tagsüber – plus Freilandüberwachung. Unterwegs dichteten wir Leckagen ab, führten getrennte Ventilatorregelungen ein und verbesserten die Klappendichtungen.
Auf welche Hürden sind wir gestoßen, und was haben wir gewonnen?
Die Beschaffung von MOF-303 war teuer und knifflig; nachdem eine Literaturrecherche bei niedriger Luftfeuchte Potenzial zeigte, entschieden wir uns für 2 kg. Simulationen überschätzten die Wirkungsgrade – Tests bei 50 % rF und 26 °C lieferten weniger als die Modelle, was auf Windverluste oder ungleichmäßige Strömung hindeutet. Verklumpendes Trockenmittel und undichte Dichtungen erforderten Neukonstruktionen wie perforierte Diffusoren. Wir hielten den Aufbau schlank und steckten das Budget in die wesentliche Messtechnik.
Der Nutzen war greifbar. Der optimierte solare Luftkollektor erreichte sein Ziel von 50 % Wirkungsgrad, und die Komposit-Trockenmittel adsorbierten 1,2 g/g bei 70 % rF. Die Erträge waren unter feuchten Testbedingungen am höchsten, was auf die Küsten der Türkei und den Nahen Osten als vielversprechende Anwendungen hindeutet – und wir bauten dauerhaftes Know-how bei der CFD-Validierung und bei Komposit-Rezepturen auf. Eine nächtliche Debatte über den Schichtabstand bleibt in Erinnerung: 3 mm verstopften in den Prototypen, und der Wechsel auf 4 mm steigerte den Durchfluss um 20 %. Aktiv betriebene Systeme eignen sich für netzgebundene Standorte an sehr feuchten Orten; der passive solare Ansatz ist für den netzunabhängigen Einsatz ausgelegt, wo er seine Stärken ausspielt.
Wer braucht Wasser aus der Luft?
Menschen in abgelegenen ländlichen Gebieten, in denen Wasser oder Strom schwer zu erreichen sind – Landwirte mit Gewächshäusern, von Versorgungsleitungen abgeschnittene Gemeinden –, dazu Katastrophengebiete, in denen der schnelle Zugang zu sauberem Wasser Leben rettet, und Haushalte, die hohe Kosten für Flaschenwasser oder geliefertes Wasser tragen. Kommerziell verbinden wasserarme Regionen wie der Nahe Osten und Afrika reichlich Sonne mit begrenzten Süßwasserquellen. Der Markt ist schnell gewachsen, und die Patentaktivität – angeführt von den USA und China – ist seit 2000 stark gestiegen, was Raum für unseren eigenen Ansatz lässt.
Dieses von TÜBİTAK geförderte Vorhaben endete im Juni 2024 erfolgreich und bestätigt unsere Rolle in der Wassertechnik: Kleine solarbetriebene Anlagen können Wasser aus der Luft gewinnen. Wir suchen nach Pilotprojekten – melden Sie sich, wenn Sie zusammenarbeiten möchten.
Weiterführende Literatur
- Eine Studie von 2024 zu solarbetriebenen Sorptionssystemen für Wasser aus Luft, die Komposite in ariden Umgebungen testet
- Forschung von 2025 zu aus MOF gewonnenen porösen Kohlenstoff-Sorptionsmitteln für die atmosphärische Wassergewinnung unter ariden Bedingungen
- Eine Langzeit-Leistungsbewertung von Dampfkompressions-Generatoren für atmosphärisches Wasser in ariden Klimazonen von 2024
