AirWater

Im Rahmen des Kooperationsprojektes „AirWater“ soll eine vom Standort unabhängige, ohne Strom betriebene, kompakte Anlage entwickelt werden, welches eine kontinuierliche Wassergewinnung aus der Luft unter wenig Aufwendung von elektrischer Energie in ariden Gebieten ermöglicht.

Gemäß UN‐Weltwasserbericht 2020 besteht für rund 2,2 Milliarden Menschen kein Zugang zu sauberem Wasser. Demzufolge ist ca. ein Sechstel der Weltbevölkerung von gravierender Wasserknappheit betroffen, besonders in entlegenen Regionen mit ariden und semihumiden Klima herrscht große Wasserknappheit. Der Wassergehalt der Luft in der gesamten Atmosphäre beträgt 13.000 km³: Davon sind zwar nur die erdnahen Luftschichten nutzbar, dennoch bietet dies ein großes Potential zur Trinkwassergewinnung, da diese Quelle überall zugänglich ist.

Eine Möglichkeit, das Wasser aus der Atmosphäre nutzbar zu machen und aus der Umgebungsluft zu gewinnen, ist die Kondensation durch Strahlungskühlung gegen den kalten Nachthimmel oder die direkte Kondensation des Wassers mittels eine elektrisch betriebener Kältemaschine. Beide Verfahren sind für aride Gebieten aufgrund des niedrigen Wassergehaltes der Luft für die Trinkwassergewinnung nicht geeignet. Diese Systeme sind entweder mit einen niedrigen Ertrag (0,12 bis maximal 3 l Wasser pro Quadratmeter Kollektorfläche oder PV‐Fläche) im Vergleich zu dem dafür benötigten verhältnismäßig großen apparativen und finanziellen Aufwand oder mit einen hohen Einsatz an Energie verbunden, um die Luft entsprechend weit abzukühlen und dann die Kondensationsenthalpie abzuführen. Die bereits existierenden Konzepte, um Wasser durch Sorption und Solarstrahlung zu gewinnen, können überwiegend tagsüber und somit nur diskontinuierlich betrieben werden.

Die Innovation in dieser Entwicklung ist ein auf Sorption und thermischer Rückkühlung basierender kontinuierlicher Betrieb. Dies wird durch ein entkoppeltes, rein auf Luft basierendes Verfahren ermöglicht.

Das in der Luft enthaltene Wasser wird über einen Prozess, welcher aus Ad- und Desorption sowie anschließender energieeffizienter Kondensation besteht, gewonnen. Die Kühlung der Luft mit einem Wassergehalt von fast 70% ermöglicht die Kondensation des Wassers durch Kühlung gegen die Umgebungstemperatur ohne Aufwand von elektrischer Kühlenergie. Für den Wassergewinnungsprozess werden neuartige, leistungsfähige Sorptionsmaterialien wie zum Beispiel MOFs verwendet.

Der kontinuierliche Betrieb der Anlage wird mittels der Entkopplung von Wärmeerzeugung und Desorption erreicht. Die Verfahren Ad- und Desorption können aufgrund der Verwendung von mindestens 2 Sorptionsbetten parallel betrieben werden, da jeweils ein Sorptionsbett für ein Verfahren verwendet werden kann. Mit Hilfe von speziellen Vakuumröhren‐Luftkollektoren, welcher in sehr hohe Temperaturen erzeugt, wird sowohl für die Desorption genutzt als auch für die Beladung des Wärmespeichers. Der Wärmespeicher ermöglicht einen Betrieb außerhalb der Sonnenscheinstunden und somit ist der gesamte Prozess kontinuierlich betreibbar.

Der Gesamtprozess soll möglichst viel Wasser bei einem Zyklus (Adsorption, Desorption und Kondensation) gewinnen. Das Ziel ist es, eine Wassergewinnung unabhängig von einem Stromanschluss im kontinuierlichen Betrieb (24h pro Tag), in sehr ariden Gebieten zu ermöglichen.

01/2021 – 12/2023

HydroTec Gesellschaft für ökologischeVerfahrenstechnik GmbH
Roland‐Dorschner‐Straße 5
95100 Selb

Richter & Stegner Steuerungstechnik GmbH
Grün 34
95195 Röslau