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Sonnennutzung: Mit Holz sauberes Wasser erzeugen

Sauberes Wasser ist vielerorts Mangelware. Doch mit angekohltem Holz lässt sich das vielleicht ändern.
Solarer Dampferzeuger mit ForscherinLaden...

Wasser mit Sonnenenergie in heißen Dampf umzuwandeln, ist eine mögliche Technik, um verunreinigtes Wasser in Ländern mit Trinkwassermangel zu reinigen. Auch ohne elektrischen Strom kann damit Meerwasser entsalzt oder verschmutztes Wasser sterilisiert werden.

Ein einfaches und preiswertes System aus Holz stellen Ingenieure um Liangbing Hu von der University of Maryland im Fachmagazin "Joule" vor. Inspiriert davon, wie Bäume Wasser von den Wurzeln bis nach oben transportieren, haben sie einen solaren Dampferzeuger in Form eines Holzwürfels entwickelt. Die Vorrichtung nutzt dabei das einfallende Licht, um Dampf zu erzeugen. Lässt man diesen Dampf anschließend kondensieren, etwa an den Glasscheiben eines Auffangbehälters, erhält man sauberes Trinkwasser.

Damit ein Stück Holz einfallendes Licht überhaupt optimal absorbieren kann, hatten die Forscher zuvor eine der Flächen des Holzwürfels mit einem Brenner schwarz angekohlt. Wird die so erzeugte dunkle Absorberschicht von oben mit Licht bestrahlt, erhitzt sie sich. Steht dann der ungeschwärzte Rest des Holzes im Wasser, saugen die darin natürlich vorhandenen vertikalen Poren das Wasser bis an die schwarze Seite. An dieser Stelle entweicht reiner Wasserdampf aus dem Holzkörper.

Durch diese Kanäle transportiert Holz Wasser von den Baumwurzeln bis nach oben. Dieser Effekt hilft auch im solaren Dampfgenerator.Laden...
Mikroskopische Aufnahme der Poren von Kiefernholz | Durch diese Kanäle transportiert Holz Wasser von den Baumwurzeln bis nach oben. Dieser Effekt hilft auch im solaren Dampfgenerator.

Die Forscher untersuchten dabei, wie effizient verschiedene Laubhölzer (darunter Pappel, Olive und Palisander) sowie Nadelhölzer (Zeder, Kiefer und Eibe) arbeiten. Deren – mit dem Auge gerade noch sichtbaren – Wasser anziehende Mikrokanäle transportieren das Wasser, sind aber unterschiedlich in ihrer Porosität und Dichte.

So ermöglicht eine höhere Porosität nicht nur einen schnelleren Wassertransport, sondern dämmt auch die Wärme besser, die möglichst nur an der geschwärzten und vom Sonnenlicht erhitzten Oberfläche auftreten soll. Die poröseren Weichholztypen wie Kiefer und Pappel erwiesen sich in den Versuchen am ergiebigsten. Mit ihnen kann unter normaler Sonneneinstrahlung bis zu ein Liter Wasser pro Quadratmeter Holz und Stunde verdampft werden. Konzentriert man das Sonnenlicht, schlägt der Einfluss des Holzes noch stärker zu Buche. Bei einer Verstärkung um das Zehnfache sollte eine Vorrichtung auf Pappelbasis laut ihren Tests ungefähr zwölf Liter Trinkwasser pro Stunde produzieren. Wie sich diese Verstärkung am günstigsten erreichen lässt, erläutern die Forscher allerdings nicht.

Es gibt bereits eine Vielzahl von Materialien, um heißen Wasserdampf zu erzeugen oder Wasser zu reinigen: Seien es die Blasen einer Luftpolsterfolie, goldumhüllte Nanokügelchen aus Siliziumdioxid, feine Rußpartikeln, Zucker oder ein gewöhnlicher Baumwollsari, mit all diesen Verfahren könnte man Wasser mehr oder weniger von Schadstoffen säubern.

Das System von Liangbing Hu besticht jedoch dadurch, dass ein einfaches und biologisch abbaubares Material genutzt wird, das zudem ein breites Spektrum der Sonnenenergie aufnehmen kann. Holz erfüllt dabei viele Funktionen in einem: Es absorbiert die Energie, transportiert und verdampft das Wasser. Laut den Forschern, die an einem kleinen Holzwürfel im Zentimeterbereich gearbeitet haben, sei das System einfach größer skalierbar.

Sie hoffen, dass damit in der nahen Zukunft ein Beitrag zur globalen großflächigen Versorgung mit Trinkwasser geleistet werden könne. Warum sich allerdings keines der anderen preiswerten und einfachen Systeme wirklich durchgesetzt hat, bleibt allerdings fraglich. Einige Studien zeigen, dass bei der Umsetzung von technischen Maßnahmen eben auch das kulturelle oder politische Umfeld berücksichtigt werden muss, damit technische Errungenschaften erfolgreich sein können.

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