TEIL C

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2015 (a)

Neben der allgemeinen Jahresübersicht gehören zu den diesmal behandelten Schwerpunkten die PV-basierte Wasserkondensation aus der Luft sowie die solaren Straßenlampen, die zunehmend Verbreitung finden.

Auf der Messe BAU im Januar 2015 in München zeigt das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS aus Duisburg einen neuartigen Funksensorchip, der Hausbewohner warnt, wenn das Fenster offen steht. Damit soll vermieden werden, daß sich an kalten Tagen die Heizwärme verflüchtigt. Außerdem erkennt der wartungsfreie Sensor frühzeitig Einbruchsversuche. Der Chip wird hier aufgeführt, weil er ausschließlich mit Sonnenenergie betrieben wird.

Zwar gibt es bereits Haus- und Gebäudetechnik, die den Zustand der Fenster registriert. In der Regel müssen die Sensoren jedoch per Kabel an die Alarmzentrale im eigenen Haus angeschlossen werden, in anderen Fällen kommen batteriebetriebene Funksensoren zum Einsatz, was in Häusern mit vielen Fenstern zu erheblichem Wartungsaufwand führt. Die praktische Alternative ist ein etwa Fingernagel großer Funksensorchip, der mit einer Solarzelle beschichtet ist und direkt im Fenster montiert wird.

Der Chip ist mit 10 mm so schmal, wie eine Isolierglasscheibe dick ist. Er wird direkt zwischen den Glasscheiben auf das Aluminiumprofil, das die Scheiben auf Abstand hält, verbaut. Dank dieses Fensterplatzes erhält die Solarzelle sogar in der dunklen Winterzeit ausreichend Licht. In dem Chip sind Magnet- und Beschleunigungssensoren integriert, die registrieren, wenn das Fenster gekippt oder ganz geöffnet wird. Über Funk kann der Chip dann ein Signal an die Basisstation im Haus senden, falls ein Fenster zu lange geöffnet bleibt.

Darüber hinaus bietet der Funkchip auch bei geschlossenem Fenster einen zuverlässigen Einbruchsschutz, denn die Sensoren können sehr genau zwischen verschiedenen Schwingungen unterscheiden – beispielsweise einem Ball, der gegen die Scheibe donnert, oder dem Stemmeisen eines Einbrechers, das den Rahmen zum Knarren bringt. Innerhalb einer Zehntelsekunde erkennt das System die Störung und gibt im Zweifelsfall Alarm.

Bei der Umsetzung ihrer Sensorprototypen meistern die IMS-Forscher zwei Herausforderungen: Zum einen gelingt es ihnen, die Solarzelle direkt auf der unebenen Chip-Oberfläche abzuscheiden, und zum anderen ist der Chip so stromsparend, daß die Energie aus der winzigen Solarzelle ausreicht, um genug Strom für bis zu 30 Stunden Dunkelheit zu speichern. In den kommenden zwei Jahren soll daraus ein Produkt entstehen, das sogar bis zu zwei Wochen Dunkelheit überbrückt. Es läßt sich aber nichts darüber finden, daß dies jemals geschehen ist.

Ein ähnlicher Ansatz wird im Februar auf der IEEE International Solid State Circuits Conference 2015 in San Francisco vorgestellt. Das von Forschern der Universität Tokio um die Professoren Takao Someya und Takayasu Sakurai entwickelte Gerät soll das Gesundheitspersonal entlasten, indem es warnt, wenn die Körpertemperatur eines Patienten zu sehr ansteigt.

Das 18 x 30 cm große und flache Gerät besteht aus einem flexiblen Solarpaneel aus amorphen Siliziumzellen, einem piezoelektrischen Lautsprecher, einem Temperatursensor und dem Stromversorgungsschaltkreis. All diese Komponenten werden aus organischen Bestandteilen hergestellt, die im Tintenstrahl-Druckverfahren auf eine Polymerfolie gedruckt werden.

Das etwas gebastelt aussehende, solarbetriebene Fieberalarm-Armband kann entweder direkt auf der Haut oder auch über der Kleidung getragen werden. Wenn der Temperatursensor feststellt, daß die Körpertemperatur des Patienten über einen bestimmten Bereich gestiegen ist, gibt der Lautsprecher akustisch Alarm.

Als Wesentlich wird herausgestellt, daß das Armband keine externe Stromversorgung benötigt, so flexibel ist, daß es die Patienten nicht stört, und dazu billig genug, um es nach dem Gebrauch aus hygienischen Gründen zu entsorgen. Das System könnte zudem mit anderen Sensoren kombiniert werden, um Nässe, Druck oder Herzfrequenz zu registrieren.

Ebenfalls im Februar 2015 führt die Regierung des Königreichs Jordanien ein wirtschaftliches Anreizprogramm ein, das Moscheen und Universitäten dazu motivieren soll, ihre Gebäude mit Solaranlagen auszustatten. Das Land importiert bislang etwa 96 % seiner Energie, obwohl es gut 300 Sonnentage im Jahr hat.

Bei der Aktion, die unter dem nüchternen Namen Solar Panels Project bekannt wird, arbeitet das Ministerium für Energie und Bodenschätze auch mit dem Ministerium für Awqaf und islamische Angelegenheiten zusammen, um 6.000 Moscheen mit Solarenergie zu versorgen, die große Mengen an Strom verbrauchen. Dem Plan zufolge sollen - mit staatlichen und privaten Mitteln finanziert - bereits im Folgejahr Photovoltaik-Dachanlagen auf 120 Moscheen installiert werden. Außerdem sollen Ausschreibungen für die Installation von Anlagen auf weiteren Moscheen im ganzen Land durchgeführt werden.

Bislang gab es in Jordanien nur Einzelinitiativen, wie im Fall der Abu-Ghaweileh-Moschee in Amman, wo die Gläubigen im Laufe von zwei Jahren rund 16.000 JD für die Installation einer PV-Anlage spendeten, die ab April dieses Jahres die Beleuchtung und die Klimaanlage betreibt. Die Initiative war von einer Gruppe junger Ingenieure, die in der Nachbarschaft leben, ins Leben gerufen worden. Und während sich die Stromrechnung der Moschee früher auf 1.000 JD im Monat belief, wird jetzt überschüssiger Strom an das öffentliche Netz verkauft.

Wie sich zeigt, werden zwei Jahre nach der Einführung des Pionierprojekts schon rund 300 Moscheen  vollständig mit Solarenergie betrieben, darunter ist auch die abgebildete Hamdan al-Qara-Moschee, die über 140 PV-Paneele verfügt.

2019 sind es rund 500 Moscheen, und bis Ende 2021 wächst ihre Zahl auf insgesamt 1.864 an, was angesichts der 7.275 Moscheen (andere Quellen: ~ 7.500), die es im Königreich zu dieser Zeit gibt, bedeutet, daß aktuell über 25 % der Moscheen PV-Systeme installiert haben. Das ist zwar noch weit von der eingangs genannten Ziffer entfernt, entspricht angesichts der schwierigen Umstände vor Ort und der allgemeinen Lage im Nahen Osten trotzdem einer Erfolgsstory. Immerhin tragen die Systeme dazu bei, den Netzstrom-Verbrauch der Moscheen um etwa 35 % zu senken.

Tatsächlich ist das Thema ,Jordan in the Sun - The success of the Solar Panels Project’ bereits 2017 Inhalt einer Masterarbeit von Kjerstin Holten Nergaard an der Universität Oslo.

Das Ministerium für Awqaf und islamische Angelegenheiten teilt im Dezember 2023 mit, daß es im nächsten Jahr mit der Errichtung von drei Solarparks auf Stiftungsland im ganzen Königreich beginnen wird, um die Energierechnungen der Moscheen zu decken. Denn der Bedarf steigt: Offiziellen Angaben zufolge werden jährlich etwa 150 Moscheen im Land neu gebaut.

Im April 2015 erscheinen die ersten Berichte über einen neuen Ansatz der zur Continental-Gruppe gehörenden ContiTech AG, die mit einer innovativen Folie Probleme bei der Energie- und Wasserversorgung in besonders trockenen Regionen der Erde lösen will. Das neue Produkt, das auf der Hannover Messe vorgestellt wird, nennt sich Dynactiv Power (with integrated solar technology) und ist eine Innovation des ContiTech-Geschäftsbereichs Benecke-Kaliko, der dabei mit Ingenieuren der israelischen Haogenplast Ltd. sowie PV-Herstellern und verschiedenen wissenschaftlichen Instituten und Spezialisten zusammengearbeitet hat.

Die extrem strapazierfähige, lichtundurchlässige Folie, die über ein Wasserreservoir gelegt werden kann, soll die Verdunstung von wertvollem Wasser verhindern und gleichzeitig Strom erzeugen. Sie verschließt zum einen große Wasserflächen komplett und schützt Wasserreservoire vor Schmutz und Verdunstung, wodurch bis zu 40 % mehr Brauchwasser erhalten bleibt. Gut eingesetzt werden kann sie zum Beispiel bei Wasserentsalzungsanlagen oder der Trinkwasseraufbereitung.

Zum anderen sind auf der hinterschäumten PVC-Folie flexible Dünnschichtmodule laminiert, die Sonnenenergie für den Betrieb von Pumpstationen oder für umliegende Haushalte verfügbar machen. Der Folienverbund produziert ca. 500 kW Strom pro 10.000 m², so daß bei einem Reservoir mit 100.000 m² Oberfläche ein Kleinkraftwerk mit 5 MW entstehen kann.

Dieses kann durch den hohen Grad der Vorfertigung auch einfach und schnell installiert werden. Die 25 m langen und 1,5 m breiten Bahnen können leicht verlegt und miteinander verbunden werden. Die reißfesten Folien, die eine Lebensdauer von etwa 20 Jahren haben, sind zudem begehbar, so daß Wartungsarbeiten mühelos durchzuführen sind.

Die Marktreife ist dem Unternehmen zufolge in einem Pilotprojekt bereits nachgewiesen worden. Demnach lief eine Testanlage mit einer Spitzenleistung von 8,5 kW über drei Jahre lang auf Zypern auf einem Reservoir mit einer Wasserfläche von 1.200 m². Details darüber scheinen aber nicht veröffentlicht worden zu sein.

Die energieerzeugende Oberflächenabdeckung Dynactiv Power wird während der internationalen Kunststoffmesse K im November 2016 in Düsseldorf im Rahmen der Verleihung des Inovyn Award mit einem Sonderpreis in der Kategorie Nachhaltigkeit ausgezeichnet. Im Folgejahr wird der Bericht noch das eine oder andere Mal wiederholt - doch das ist das Ende der Angelegenheit, denn es ist nie wieder etwas darüber zu hören.

Über den Stand der Schwimmenden Solaranlagen (Floating PV), die sich bis 1989 zurückverfolgen lassen und die inzwischen weltweite Verbreitung gefunden haben, berichte ich ausführlich in einer eigenen, globalen Übersicht (s.d.).

Auf der IEEE International Conference on Computational Photography (ICCP) im April 2015 in Texas präsentieren die Ingenieure Shree K. Nayar, D. C. Sims und M. Fridberg des Columbia Imaging and Vision Laboratory der Columbia University eine interessante Kombination aus ständig einsatzbereiter Kameraoptik und Strom produzierender Solarzelle. Das System kann im Prinzip ewig funktionieren, ohne an eine externe Stromquelle angeschlossen zu werden, und dabei ein Bild pro Sekunde aufnehmen (,Towards Self-Powered Cameras’).

Ihr Prototyp einer Videokamera versorgt sich bei ausreichender Beleuchtung von 300 Lux selbst mit Strom und nimmt gleichzeitig die Umgebung auf. Herz der energieautarken Kamera sind Pixel-Baueinheiten, die sowohl Solarzelle wie Fotodiode sein können, hier aber ständig zwischen beiden Betriebsarten wechseln.

Bei dem aus üblichen Einzelteilen zusammengebauten Lichtsensor mit 40 x 30 Einzelpixeln fungieren die einzelnen Fotodioden beim Betrieb erst als Lichtsensor und nehmen ein Bild auf, wechseln dann aber in den Fotovoltaik-Modus, um die Stromversorgung des Sensors aufzuladen. Die Erfinder bezeichnen ihr Produkt als ,Ewige Kamera’.

Im Mai 2015 wird in dem Siedlungsprojekt Bourderies von Atlantik Homes im französischen Réze, einer Stadt in der Nähe von Nantes, der erste mit Solarenergie betriebene Aufzug in Betrieb genommen. Der Hersteller Otis, eine Tochter des US-amerikanischen Großkonzerns United Technologies, bringt damit den energieeffizienzen Aufzug GeN2 Switch Solar auf den Markt, der durch sein Batteriesystem im Betrieb weniger Strom benötigt als eine Mikrowelle, nämlich nur 500 W.

Der fast komplett in Paris gefertigte Aufzug ist mit vier Solarmodulen auf dem Dach des Gebäudes verbunden und soll im Schnitt eine Energieautarkie von 80 % erreichen, in sonnigen Monaten sogar von 100 %. Bei Ausfällen der Solarmodule wird das verbaute Batteriesystem eingeschaltet, das bis zu 100 Fahrten in einem achtstöckigen Gebäude ermöglicht.

Die Antriebsvorrichtung ist zudem rekuperativ, so daß die vom Aufzug bei Abwärtsfahrten generierte Energie in den Batterien gespeichert wird, die übrigens zu 97 % aus recyceltem Material bestehen. Die Herstellungskosten für den Fahrstuhl sind im Vergleich zu einem konventionellen Aufzug etwa 10 % höher, trotzdem soll diese neue Aufzugklasse in Zukunft eine wesentliche Rolle bei klimafreundlichem Bauen und nachhaltiger Stadtplanung spielen. Der Aufzug wird später in Spanien produziert.

Wie im Zuge der Berichterstattung zu erfahren ist, bietet auch der Schweizer Aufzughersteller Schindler solarbetriebene Fahrstühle an. Bereits im März begann die Firma mit den Vorbereitungen, um einen vierstöckigen Wohnriegel der Baugenossenschaft Adlershorst in Norderstedt-Garstedt mit sieben Schindler 3300 Solar Aufzügen auszurüsten. Die Installation der ersten Aufzüge ist in der zweiten Jahreshälfte geplant. Damit kommen zum ersten Mal in Deutschland Schindler-Aufzüge zum Einsatz, die ausschließlich durch Sonnenenergie betrieben werden können.

Auch hier versorgen PV-Module auf dem Dach des langgestreckten Neubaus die Fahrstühle mit Energie, während überschüssiger Strom in einer 7 kWh Batterie im Keller landet. Damit sind bis zu 400 Aufzugfahrten möglich – auch bei Nacht oder Stromausfall. Für die Bewohner der 108 Wohnungen bedeuten die selbst erzeugten Kilowattstunden niedrigere Nebenkosten. Ebenso wird von Aufzug erzeugte, überschüssige Energie, die zum Beispiel beim Bremsen entsteht, gespeichert und später wieder genutzt.

Im Vorfeld hatten die Schweizer den Prototyp des Aufzugs mit Solarantrieb, eine modifizierte Version des Modells Schindler 3300, in einem fünfstöckigen Gebäude im Barrio Garcia in Barcelona installiert und getestet. Die Module auf dem Dach sind groß genug, um die Energie für den Betrieb des Aufzugs auch im Winter bei weniger Sonnenstunden sicherzustellen.

Um das Energiemanagement zwischen Fahrstühlen und Batterien zu steuern, nutzen die Schindler-Ingenieure übrigens eine ganz spezielle Software namens Hybrid-Power-Manager, die das Ergebnis einer Zusammenarbeit mit den Schweizer Flugpionieren Bertrand Picard und André Borschberg ist. Diese Software steckt in dem Solarflugzeug Solar Impulse 2, das zu diesem Zeitpunkt in Nanjing in Ostchina steht, wo sich Borschberg auf die 8.000 km lange Überquerung des Pazifiks bis nach Hawaii vorbereitet. Und das auch als Innendekoration des Fahrstuhls zu sehen ist - zumindest auf den Werbefotos.

Das Programm verteilt den Stromfluß aus den 17.000 Solarzellen optimal auf die Batterien und die vier Elektromotoren des Leichtflugzeuges. Über dessen Entwicklung und letztlich erfolgreiche Weltumrundung alleine mit Solarenergie berichte ich ausführlich in den Jahresübersichten der Elektro- und Solarfluggeräte ab 2006.

Im Juni 2015 stellen die Blogs einen solarbetriebenen Kiosk vor, der die sinnlose Verschwendung von Öl vermindern soll. Leider wird dabei nicht näher auf die umgesetzten Techniken oder die Leistung der PV-Paneele eingegangen.

Der Oil Recycle Kiosk richtet sich an nächtliche Lebensmittelhändler am Straßenrand, die in der Regel viel Öl verbrauchen und dieses dann entsorgen. Der Kiosk sammelt dieses Öl (nur eßbares Öl) und soll es mit Hilfe der Solarzellen auf dem Dach für den späteren Verbrauch aufbereiten. Der Kiosk reserviert dieses recycelte Öl für die Lebensmittelhändler und gibt es ihnen zu einem ermäßigten Preis ab, als Anreiz, einen Trend in Gang zu setzen, bei dem Öl effizient recycelt wird.

Das Konzept des Designers Huang Hao-Che wird bei den Lite-On Awards 2015 mit einem Ehrenpreis ausgezeichnet.

Unter dem Namen Solar Paper erscheint im Juli ein neuartiges Solarladegerät, das sich durch seinen praktischen Aufbau und seine Ästhetik auszeichnet. Es wird als das dünnste und leichteste Solarladegerät der Welt angepriesen, da es 9 x 19 x 1,1 cm mißt und 120 g wiegt, während die eigentlichen Solarpaneele nur 1,5 mm dick sind. Den Namen trägt es, weil seine Paneele so klein sind, daß sie zwischen die Seiten eines Notizbuchs passen.

Anders als die meisten auf dem Markt erhältlichen Geräte verfügt das Solar Paper zudem über modulare Paneele, die mittels eingebetteter Magnete miteinander verbunden werden. Wird mehr Leistung benötigt, können bis zu vier Paneele aneinander gedockt werden, von denen jedes maximal 2,5 W Leistung erzeugt.

Die Entwicklung der 2012 gegründeten südkoreanischen Firma Yolk Co. Ltd. verfügt außerdem über einige intelligente Funktionen, die sie von Konkurrenzprodukten abheben. Um z.B. einen manuellen Neustart zu vermeiden, wenn das verfügbare Licht abnimmt, ist das Solar Paper so programmiert, daß es den Ladevorgang automatisch wieder aufnimmt, wenn die Wolke vorbeigezogen ist und es genügend Sonnenlicht erkennt. Ein LCD-Display zeigt das den Strom an, der an ein angeschlossenes Gerät geliefert wird, so daß man versteht, wie Wetter, Neigungswinkel und Ausrichtung zur Sonne die Ladegeschwindigkeit beeinflussen, und das Gerät leicht in der besten Position aufstellen kann. Hinzu kommen noch die Wasserbeständigkeit sowie Löcher für Zubehör- und Befestigungsoptionen.

Bei der Kickstarter-Kampagne mit einem Ziel von 50.000 $, bei welcher ein 5 W Solarpapier für 69 $ angeboten wird - bis hin zu 450 $ für einen Satz von vier 10 W Solarpapieren - tragen bis Ende August 6.297 Unterstützer die beachtliche Summe von 1.021.583 $ bei, um das Projekt zu verwirklichen. Die Projektentwickler rechnen damit, daß die erste Charge bereits im September ausgeliefert werden kann. Die letzten bestellten Exemplare gehen Anfang 2016 in den Versand.

Yolk hatte bereits 2014 das damals kleinste tragbare Solarladegerät der Welt namens Solarade erfunden und dafür auf Kickstarter über 70.000 $ gesammelt, ohne aber annähernd so viel Presse zu bekommen, wie nun mir dem Solar Paper - woran vielleicht auch das mutige Werbemotto beteiligt ist: „YOLK a day keeps nuclear generating station away“. Auch die weitere Entwicklung des Unternehmens ist interessant und auf der Firmenhomepage umfassend dokumentiert, allerdings nur bis 2021.

Die nächste Innovation wird ebenfalls im Juli vorgestellt und gehört zu den solarbetriebenen atmosphärischen Wassergewinnungsanlagen (Atmospheric Water Harvesting, AWH).

Konkret handelt es sich um eine Lösung für Radfahrer und Wanderer, um in der freien Natur nicht durstig zu bleiben. Das von Kristof Retezár, einem Studenten an der Universität Wien, gegründete Start-Up Fontus Water Technology GmbH hat hierfür eine Wasserflasche namens Fontus entwickelt, die mit Hilfe eines Peltier-Elements Feuchtigkeit aus der Luft zieht und sich selbst befüllt. Fontus ist der Name eines römischen Gottes der Brunnen und Quellen.

Mit der Energie von Solarzellen wird die Luft durch einem Kühler mit zwei Kammern geführt, der die Kondensation fördert. Während die Luft die obere Kammer durchströmt, wird sie durch mehrere Barrieren gebremst. Die geringere Geschwindigkeit des Luftstroms soll dann die Freisetzung von Wassermolekülen ermöglichen, die aus der Luft gezogen und in einer Flasche gespeichert werden. Bei Dunkelheit springt eine Batterie ein.

Nach über 30 Experimenten kann Retezár das Gerät so kalibrieren, daß es einen konstanten Ausstoß von einem Tropfen kondensierten Wassers pro Minute erreicht - allerdings erst ab einer Temperatur von 20°C (andere Quellen: 40°C) und einer Luftfeuchtigkeit von mindestens 50 %. Unter den richtigen Bedingungen kann das kleine, kompakte und autarke Gerät somit bis zu einem halben Liter Wasser in einer Stunde auffangen.

Es gibt zwei Versionen: Fontus Airo für Wanderer, und Fontus Ryde für Radfahrer, wobei die letztere eine eigene Halterung für die Fahrradstange besitzt und Luft in Wasser verwandelt, während man fährt. Hierbei gelangt Luft durch den Fahrtwind in eine kleine Kammer und wird dort heruntergekühlt, woraufhin das Wasser kondensiert und durch einen Filter in die Flasche läuft.

Fontus ist allerdings noch ein Prototyp, wie das abgebildete Modell Ryde zeigt, weshalb Retezár über die Crowdfunding-Plattform Indiegogo Investoren sucht, um die Weiterentwicklung zu betreinben. Ab April 2016 sammelt er von rund 1.438 Unterstützern insgesamt 311.606 € als Anzahlung für die noch zu entwickelnde Flasche ein, die zu einem Preis ab 149 € im April 2017 verschickt werden soll. Außerdem erhält die Fontus eine nicht näher bezifferte Förderung durch des staatlichen Austria Wirtschaftsservice (AWS) und erreicht die Shortlist des James Dyson Award.

Tatsächlich werden aber schon im Mai 2017 Vorwürfe gegen das Start-Up erhoben, denn Kritiker wenden ein, daß eine starke Kühlung nötig ist, um die angegebenen Wassermengen zu erreichen,. Diese braucht aber soviel Strom, wie ihn das im Konzept angegebene Solarpaneel unmöglich erzeugen kann.

Der Tech-Youtuber Dave (Thunderf00t) hatte Fontus schon im Mai des Vorjahres als technisch nicht plausibel bezeichnet und einfache thermodynamische Berechnungen durchgeführt, um zu beweisen, daß die Kampagne auf Indiegogo eher mit heißer Luft als mit Wasser gefüllt ist. Nach seinen Berechnungen müßte das Solarpaneel rund 1,5 m² groß sein, um die angegebenen Wassermengen produzieren zu können. Mit einem Paneel in dieser Größe wäre Wandern oder Radfahren jedoch nahezu unmöglich.

Es folgen Vertröstungen, daß „das Endergebnis bald präsentiert werden soll“, bis das Unternehmen im September 2018 erklärt, daß die Entwicklung weit mehr gekostet habe als geplant und für die Serienproduktion nun kein Geld vorhanden sei. Das Unternehmen ist pleite, und damit sitzen die Unterstützer - wortwörtlich - auf dem Trockenen. Das Handelsgericht Wien eröffnet daraufhin ein Sanierungsverfahren gegen die Fontus Water Technology GmbH, bei dem den Gläubigern eine Quote von 20 % auf ihre Forderungen angeboten wird. Womit die Geschichte zu Ende geht.

Projekte, die Wasser aus der Luft gewinnen, gibt es schon viele. Fontus wurde hier aufgeführt, weil es sich um eine solarbetriebene Technologie handelt, ebenso wie das folgende Konzept, das im August 2015 unter dem Namen WaterDrop in den Blogs kursiert.

Der Entwurf stammt von dem niederländischen Künstler Ap Verheggen, einem Vorreiter bei solaren Gedankenexperimenten, dessen Projekt SunGlacier bereits in der Jahresübersicht 2010 vorgestellt wurde. Jetzt ist Verheggen mit einem tragbaren, solarbetriebenen Gerät zurück, das Kondenswasser zum Trinken produziert.

Die neue Lösung sieht aus wie ein großes, künstliches Blatt, welches dank Solarenergie frisches Trinkwasser aus der Luft extrahiert. Sie basiert auf der Idee, daß  der Wassergehalt in der Luft steigt, sobald die Temperaturen steigen. WaterDrop besitzt daher eine innovative PV-Schicht und einen Kondensator, wie auch einen Behälter zum Auffangen des Wassers, der ca. 1 Liter Wasser speichert, und natürlich eine Öffnung zum Trinken.

Auch wenn das Konzept ein wenig an Science Fiction erinnert, so hat die Solartechnologie in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht, die eine Realisierung möglich machen können. Im Einsatz sollen die Solarzellen an der Außenseite des Geräts tagsüber Sonnenenergie absorbieren, die dann genutzt wird, um einen Ventilator anzutreiben, der zur Abkühlung und Kondensation des Wassers einen Luftstrom erzeugt. Um dringend benötigte Mineralien hinzuzufügen, empfiehlt Verheggen kleine Steine in das Design einzubauen. Der Ausguß ist zudem ein integrierter, austauschbarer Kohlewasserfilter.

Im Juni 2016 stellt der Sonnenenergie-Künstler in Den Haag im Rahmen der Water Governance Initiative der OECD ein funktionales Gerät vor, das sich äußerlich extrem von den bisherigen Designs abhebt. Der neue WaterCube mit einer Kantenlänge von etwa 50 cm hatte ihn und sein Team vor die Herausforderung gestellt, den Kondensationskegel bis knapp über den Gefrierpunkt abzukühlen, ohne dabei eine große Menge Energie zu verbrauchen. Da dieser Kegel umgekehrt aufgehängt ist, tropft das kondensierte Wasser anschließend in ein bereitgestelltes Glas.

Nach mehreren Versuchen gelingt es, dieses Ziel mit 25 W Energie zu erreichen, wobei die kleinen PV-Paneele an der Oberseite und den Seiten des Würfels sogar 40 W erzeugen und somit überschüssige Energie in Batterien für weniger sonnige Bedingungen gespeichert werden kann. Wie viel Wasser dabei produziert wird, hängt von den klimatischen Bedingungen ab. Es ist jedenfalls erfreulich mitzuerleben, wie sich Konzepte und Designs mit der Zeit zu tatsächlich funktionierenden Prototypen weiterentwickeln.

Im Februar 2017 gründet Verheggen ein eigenes Unternehmen namens SunGlacier Technologies B.V. mit Sitz in Ridderkerk. Nun wird auch das jüngste solarbetriebene Gerät vorgestellt, das DC03, das ebenfalls auf ein Peltier-Element setzt, um Wasser aus der Umgebungsluft zu gewinnen. Da das 18 W Peltier-Element eine maximale Temperaturdifferenz von 67°C zwischen seiner oberen ,heißen’ und der unteren ,kühlen’ Seite hat, kann umso mehr Wasser produziert werden, je wärmer die Umgebungsluft ist.

Der interessant aussehende Prototyp, der ohne Lüfter auskommt und auf keine Batterie oder externe Stromquelle angewiesen ist, kann alle sechs Stunden etwa ein halbes Glas sauberes Trinkwasser produzieren. Dafür gibt es kaum bewegliche Teile, die kaputt gehen könnten. Da das Gerät so konzipiert ist, daß es nur bei Tageslicht funktioniert, besteht kein Bedarf an einer Batterie.

Der DC03 sei laut Verheggen schon ausführlich getestet worden, ist aber noch lange nicht optimiert. Aus diesem Grund stellt er die Pläne für das Design kostenfrei online und lädt explizit dazu ein, anhand dieser Pläne Verbesserungen vorzunehmen oder sogar ein komplett neues Gerät auf der Basis des DC03 zu entwerfen. Verheggen zufolge bekunden daraufhin mehrere Universitäten und Forschungsinstitute aus dem Iran, Rumänien, Südafrika und den Niederlanden ihr Interesse an einer Beteiligung.

Im Juli berichten die Blogs über die Feldversuche im UN-Camp Gao in der Wüste von Mali mit einem Stromversorgungssystem aus zwei PV-Paneelen, das zutreffend als Desert Twins bezeichnet wird und wegen seiner verspiegelten Boxen einen futuristischen Eindruck macht.

Obwohl in den Niederlanden erfolgreiche Tests erfolgt waren, bereiten die extremen Umweltbedingungen in der Sahara während der heißesten und trockensten Zeit des Jahres Schwierigkeiten, da sich die Geräte überhitzen und nicht mehr funktionieren und das Wasser innerhalb von Minuten nach dem Öffnen der Geräte verdampft. Bei Temperaturen von bis zu 50°C und einer Luftfeuchtigkeit, die unmöglich zu messen ist, wird trotzdem ein wenig Wasser gewonnen.

Nach den Experimenten in diesem schwierigen Klima geht die SunGlacier den Bau weiterer Maschinen und die Entwicklung von Verfahren zur Speicherung, Reinigung und Anreicherung des Wassers an. Es werden auch weitere Prototypen gebaut, die weniger Energie benötigen und schließlich in großem Maßstab produziert werden könnten, darunter ein Modell namens Droppler. Auf Verheggens Homepages gibt es viel Material darüber, ebenso wie über die weitere Entwicklung in den Folgejahren.

Im Rahmen der PV-gestützten Wasserkondensation gab es schon früher diverse Versuche und Umsetzungen, die ich im Folgenden zusammenfassen werde - ebenso wie die später erfolgten Entwicklungen.

Eine der ersten mir vorliegende Meldungen stammt vom Juni 2004, als die Fachblogs über James J. Reidy berichten, dessen AirWater-Maschinen, die Trinkwasser aus der Luft zu gewinnen, nun kommerziell in verschiedenen Größen verfügbar sind. Der Entwickler hatte bereits 1991 die J. J. Reidy & Co. Inc. in Holden gegründet, als ein Forschungs- und Entwicklungsunternehmen, das sich auf die Gewinnung von Trinkwasser aus der Atmosphäre spezialisiert hat. Mit Produktionsanlagen in Milwaukee und Toronto stellt die Firma WaterStar-Systeme her, die so konzipiert sind, daß sie überall auf der Welt bei Temperaturen von mindestens 16°C und 30 % relativer Luftfeuchtigkeit betrieben werden können.

Im Laufe der Jahre erhält er diverse Patente (z.B. US-Nr. 5.106.512 und 5.149.446, erteilt 1992) und vergibt Lizenzen, wie an die Advanced Medical Technologies, Inc. aus Boca Raton, Florida, die ihren Verpflichtungen aber nicht nicht nachkommen kann. Die Lizenz wird daher im November 2001 zurückgezogen, und Reidy sucht nun andere interessierte Lizenznehmer für die Herstellung und weltweite Vermarktung.

Dem Stand von 2004 zufolge gibt es die Geräte ab einer Leistung von 20 Litern pro Tag zu einem Preis von 160 AU$, bis zu einer Leistung von 5.000 Litern für 160.000 AU$ - und dies mit der Option, Maschinen mit einer Kapazität von mehr als 50 Litern pro Tag mit Solarstrom zu betreiben. Eine solarbetriebene Version der 5.000-Liter-Maschine kostet 250.000 AU$, aber die einzigen Dinge, die sie benötigt, sind Sonne und Luft, und beides ist kostenlos.

Technisch sind die Maschinen hochentwickelt und sterilisieren, unabhängig von der Modellgröße, jeden Wassertropfen innerhalb von 5-6 Sekunden nach seiner Entstehung durch Einwirkung von ultraviolettem Licht. Das sterilisierte Wasser wird dann durch einen Aktivkohle-Wasserfilter geleitet, anschließend erfolgt eine zweite UV-Bestrahlung. Dieselbe Lampe taucht auch die Austrittsöffnung in UV-Licht und sorgt so für einen sterilen Austritt.

Das System ist besonders effektiv in Gebieten, die als trocken gelten, in denen aber tatsächlich viel Feuchtigkeit in der Luft vorhanden ist. In solchen Klimazonen kann sich die Maschine den ganzen Tag in der Sonne aufladen und die ganze Nacht über Wasser produzieren, wenn die Luft feuchter ist. Die Produktion der AirWater-Maschinen soll zunächst in Brasilien, Israel und China erfolgen, und möglicherweise auch in Australien. Reidy stirbt Anfang 2011 - und sein Unternehmen ist auch nicht mehr existent.

Aus dem Jahr 2006 ist eine ,Compact Container Unit’ bekannt, die von Dipl.-Ing. Ingo Herr aus Schömberg, Deutschland, und dem österreichischen Ingenieur Leopold Ritter entwickelt wurde und die mit Hilfe einer solaren Hybridtechnologie und eines sogenannten HygroExtraktors Wasser aus der Atmosphäre gewinnen soll.

Das System zur Herstellung von reinem Trinkwasser mit integriertem Kraftwerk, das für kleine Dörfer geeignet ist, heißt AguaSolara und nutzt ausschließlich erneuerbare Energiequellen, nämlich Sonnenstrahlung und Biogas aus Biomasse. Laufende Kosten für die Erzeugung von Trinkwasser gibt es nicht. Vorgestellt wird es im Rahmen eines Symposiums in Frankfurt im Oktober, und die Initiatoren hofften, daß die Präsentation Finanzmittel anlockt und die weltweite Produktion anregt - was augenscheinlich nicht geklappt hat, denn danach verliert sich jede Spur.

Vom Mai 2007 stammt die Meldung, daß ein interdisziplinäres Team von Studenten der TU Graz und der Helsinki University of Technology im Rahmen des Projektes ,oasis – water is life’ ein neu entwickeltes Gerät vorgestellt hat, das in Wüstengegenden Trinkwasser aus der Luft gewinnt. Projekt-Initiator ist der Maschinenbau-Student und Studienassistent Mario Fallast.

Bei dem Pilotprojekt entwickeln elf Studenten aus fünf verschiedenen Disziplinen im Laufe eines Studienjahres nicht nur ein schlüssiges Produktkonzept, sondern bauen auch einen funktionierenden Prototypen. Die finanzielle Unterstützung dafür steuert das Center of Competence von Philips in Klagenfurt bei.

Da in den Wüstengegenden, wo es kein Wasser gibt, auch elektrische Energie Mangelware ist, wird das Gerät energietechnisch so konzipiert, daß über Solarzellen gewonnener Strom ein Kühlaggregat betreibt, bzw. bei Überschuß gespeichert wird. Die Luftfeuchtigkeit kondensiert an den Kühlrippen, wird gesammelt und rinnt von dort in ein Behältnis. Das Prinzip funktioniert am besten in der Nacht, wenn auch in Wüstengegenden die relative Luftfeuchtigkeit deutlich höher ist als am Tag. Ein weiteres wichtiges Kriterium war es, ein wartungsfreies Gerät zu schaffen, das auch für Menschen mit wenig technischem Know-how möglichst einfach zu bedienen ist. Details zur Leistung der PV-Anlage oder zum Trinkwasser-Ausstoß werden nicht genannt.

An dieser Stelle möchte ich auf eine äußerst interessante Entwicklung hinweisen, bei der Salzwasser durch Ausfrieren in Süßwasser verwandelt wird. Zu dem patentfreien System hat Ernst J. Minhorst - der Sohn des ursprünglichen Erfinders - im Jahr 2007 speziell für das Buch der Synergie einen Einführungsartikel geschrieben, der hier im Archiv deponiert ist. Unter dem Aspekt, daß sich dieses Gerät auch mittels Photovoltaik betreiben ließe, wollte ich nicht umhin, es hier zu erwähnen.

Einem Bericht im Juni 2009 zufolge haben Forscher um Siegfried Egner am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart in Zusammenarbeit mit Kollegen von Logos Innovationen eine geschlossene und autarke Methode entwickelt, die keine externe Energie benötigt, um Luftfeuchtigkeit aus der Wüstenluft in Trinkwasser zu verwandeln. Das Verfahren basiert ausschließlich auf thermischen Solarkollektoren und PV-Zellen und ist auch für unterschiedliche Anlagengrößen geeignet.

Das Prinzip des Verfahrens: Hygroskopische Sole - eine Salzlösung, die Feuchtigkeit aufnimmt - läuft an einer turmförmigen Anlage herunter, nimmt dabei Wasser aus der Luft auf und wird anschließend in einen Tank gesaugt, der sich einige Meter über dem Boden befindet und in dem ein Vakuum herrscht. Die durch das aufgenommene Wasser verdünnte Sole wird durch Energie aus Sonnenkollektoren erhitzt, wobei der Siedepunkt der Flüssigkeit aufgrund des Vakuums niedriger ist als unter normalem atmosphärischem Druck.

Das verdampfte, nicht salzhaltige Wasser wird dann kondensiert und läuft durch ein vollständig gefülltes Rohr nach unten. Dabei erzeugt das Gewicht dieser Wassersäule kontinuierlich den Unterdruck, so daß eine Vakuumpumpe nicht erforderlich ist. Die rekonzentrierte Sole läuft derweil an der Turmoberfläche wieder nach unten, um erneut Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen. Von beiden Systemkomponenten - Luftfeuchteabsorption und Vakuumverdampfung - werden Prototypen gebaut und deren Zusammenspiel im Labormaßstab getestet. In einem weiteren Schritt wollen die Forscher eine Demonstrationsanlage entwickeln.

Mit diesem Ziel und einer Projektlaufzeit vom Dezember 2010 bis zum Oktober 2013 startet daher das Forschungsprojekt ,WaLu – Entwicklung und Demonstration einer Technologie zur nachhaltigen Trinkwassergewinnung aus Luftfeuchtigkeit’, bei dem das Fraunhofer IGB mit dem Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik IGVT der Universität Stuttgart und drei mittelständischen Industriepartnern zusammenarbeitet.

Nach einer mehrwöchigen Testphase im Herbst 2013 konstatieren die Entwickler, daß die einzelnen Systemkomponenten des Verfahrens sehr gute Synergien zeigen, wobei  sowohl die schwerkraftgestützte Vakuumverdampfung als auch die Absorption auf Energieeffizienz und Ressourcenschonung ausgerichtet sind. Das Sorptionsmittel wird zu 100 % im Kreislauf geführt, so daß die Anlage kein Abwasser oder zu entsorgendes Salzkonzentrat produziert, wie beispielsweise die Meer- oder Brackwasserentsalzung.

Wesentlich ist, daß die Energieversorgung rein regenerativ erfolgen kann. Dabei werden die elektrischen Komponenten wie Pumpen und Steuerung durch Photovoltaik versorgt, während die thermische Energie durch Solarkollektoren bereitgestellt wird.

Der 59-seitige Abschlußbericht des Forschungsprojekts wird im April 2014 veröffentlicht und ist downloadbar. Er betont, daß bei den Versuchen erfolgreich gezeigt werden konnte, daß die Technologie funktioniert und in der Praxis in größerem Maßstab umsetzbar ist. Die erfolgreich umgesetzte Demonstrationsanlage soll nun an verschiedenen Standorten erprobt und die Technologie optimiert werden.

Zudem soll bei Langzeittests soll das Verhalten der Anlage und des Sorptionsmittels im Dauerbetrieb untersucht werden. Anschließend ist geplant, die Technologie gemeinsam mit Partnern in weiteren Pilotanlagen umzusetzen und zur Marktreife zu entwickeln. Trotz intensiver Suche ließ aber kein Beleg dafür finden, daß dies tatsächlich geschehen ist.

Ebenfalls im Juni 2009 wird über den Plan eines großen Water Building Resort berichtet, das fortschrittliche Technologie nutzt, um Solarstrom und Wasser aus der Luft zu erzeugen und auch Meerwasser trinkbar zu machen. Da es sich um ein architektonisches Konzept handelt, wird es ausführlich unter den Solarhäusern und solaren Bauelementen 2009 beschrieben.

Im November 2012 kursieren in den Fachblogs die ersten Informationen über die erst im März gegründete Firma NBD Nanotechnologies Inc. (NBD Nano), deren Wissenschaftler eine Wasserflasche entwickelt haben, die sich selbst auffüllen kann, indem sie Wasser aus der Atmosphäre aufnimmt. Das Unternehmen hofft, die Flasche bis 2014 auf den Markt bringen zu können. Sie soll mit Solarzellen oder mit einer wiederaufladbaren Batterie betrieben werden, um die Akkumulation zu beschleunigen und das Wasser zu filtern.

Bei ihrem Konzept haben die Forscher den Panzer des Namib-Wüstenkäfers (Stenocara) nachgeahmt, der mit Höckern bedeckt ist. Die Spitze jedes Höckers ist hydrophil und zieht Wasser an, während die Hänge und Täler zwischen den Höckern hydrophob sind und das Wasser abstoßen. Der Käfer klettert jeden Tag auf den Gipfel einer Sanddüne und hält sich mit dem Rücken zum Wind, so daß sich die Luftfeuchtigkeit allmählich auf seinem Rücken ansammelt, bis sich winzige Wassertröpfchen bilden. Diese rollen dann den Rücken des Käfers hinunter und direkt in sein Maul, wodurch das Insekt in der extrem unwirtlichen Umgebung überleben kann.

Die Technologie, die denselben Wassersammeleffekt nutzt, durch den der Käfer bis zu 12 % seines Körpergewichts an Wasser aus der Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann, läßt sich auch auf Zeltplanen, Dachziegeln und anderen Gegenständen einsetzen. Laut den Gründern von NBD Nano, Deckard Sorensen und Miguel Galvez, kann in einem Klima mit 75 % Luftfeuchtigkeit mit einem Ertrag von drei Litern pro Quadratmeter und Stunde gerechnet werden.

In anderen Meldungen heißt es, daß es Wissenschaftler des MIT sind, die mit der Biomimikry-Technologie eine sich selbst auffüllende Wasserflasche entwickelt - und einen Wettbewerb für das beste Design eines Wasser-aus-Luft-Generators ausgeschrieben haben.

Tatsächlich wird im September 2015 in den Blogs ein derartiges Design gezeigt, das von der Luxun Academy of Fine Arts stammt, einer Kunstschule in Shenyang, China. Der Entwurf namens Water Factory ahmt die Fangmethode des Namib-Wüstenkäfers nach. Die transparente Kunststoff-Folie im oberen Teil hat zwei verschiedene Arten von hydrophilen Texturen auf ihrer Oberfläche, um die Kontaktfläche zwischen der Luft und der Folie zu vergrößern.

Durch die Kombination der beiden Texturen und der Luftkonvektion, die durch ein Solargebläse erzeugt wird, kondensiert die Luftfeuchtigkeit am konvexen hydrophilen Endpunkt zu Tropfen und wird schließlich durch hydrophobe Rillen in den Innen- und Außenwänden der Wasserkollektoren gesammelt, nachdem es durch die Filtervorrichtung in der Mitte geführt wurde. Dabei kann Water Factoryauch auch das Wasser auffangen, das unter dem Wüstensand verdunstet, indem es die transparente Plastikfolie im unteren Teil nutzt.

Das Gerät hat eine faltbare Struktur, und die beiden Wassersammelvorrichtungen oben und unten bestehen aus elastischem Metalldraht und transparenter Folie. Zur Verwendung wird die untere Hälfte vergraben.

Nachtrag: Im September 2022 wird die NBD Nano, die seit ihrer Gründung die Erkenntnisse über den Namib-Käfer in die Entwicklung innovativer schmutzabweisender Produkte hat einfließen lassen, von dem Chemiekonzern Henkel erworben. Die finanziellen Details der Transaktion werden nicht bekanntzugeben.

Im Oktober 2015 veröffentlichen Wissenschaftler der Universität Helwan in Ägypten eine Studie mit dem Titel ,Desiccant system for water production from humid air using solar energy’, in welcher sie eine Energietechnik namens ,Wasserextraktion aus atmosphärischer Luft’ vorstellen, die die Absorption von Wasserdampf aus der Umgebungsluft während der Nachtzeit beinhaltet. Anschließend erfolgt die gleichzeitige Regeneration des Trockenmittels und die Kondensation des Wasserdampfes während des Tages.

Die Wissenschaftler hatten einen trapezförmigen Prismensolarkollektor mit vier Glasfaserseiten entworfen und konstruiert, der über ein mehrschichtiges Bett (Trockenmittelträger) verfügt, um die Absorptions- und Verdunstungsflächen zu maximieren. Dabei werden verschiedene Wirtsmaterialien (Gewebe und Sand) mit Calciumchloridlösung untersucht. Die experimentellen Arbeiten zeigen, daß damit bei Tuch- und Sandbetten ein Ertrag von 2,32 bzw. 1,23 Liter/m² und Tag erreichbar ist.

Im September 2016 gibt die Firma SunToWater Technologies LLC aus Carrollton bekannt, daß sie ab sofort Reservierungen für ihren solarbetriebenen Wassergenerator entgegennimmt. Die Geräte, die etwa so groß sind wie eine Klimaanlage und normalerweise im Garten aufgestellt werden, nutzen Luft, Salz und Sonnenenergie, um Trinkwasser zu produzieren. Ihr Preis beträgt 9.000 $ pro Stück, und die Produktion soll 2017 beginnen.

Das Anfang 2013 von Amy Brandt, Jeanine Johnson und Benjamin Blumenthal gegründete Unternehmen, das aus der Firma Flextronics International Ltd. (Flextronics, später: Flex Ltd.) hervorgegangen ist, zielt zunächst auf einen besonderen Markt ab: Hausbesitzer in Kalifornien und Texas mit großen Rasenflächen, die bewässert werden müssen, und Swimmingpools, die gefüllt werden wollen. Ob dafür die 40 Gallonen Wasser pro Tag ausreichen, die das Gerät produzieren kann, ist eher fraglich. Langfristiges Ziel ist es, Wassergeneratoren für Katastrophengebiete, Länder der Dritten Welt, Trockengebiete und das US-Militär bereitzustellen.

Die Funktion der SunToWater-Geräte basiert darauf, daß Nachts kleine Ventilatoren Luft in den Generator ziehen und sie über ein salzhaltiges Material leiten, das die reinen Wassermoleküle absorbiert. Das Salz wird dadurch zu einer Aufschlämmung mit einer Konsistenz wie Schneematsch, wobei die Luft und jegliche Verunreinigung oder Verschmutzung herausgedrückt wird.

Wenn die Sonne am Morgen aufgeht, erzeugen die Solarkollektoren Hitze, die das Salzgemisch erwärmt. Das Wasser trennt sich daraufhin vom Salz und wird zu feuchter Luft. Die feuchte Luft durchläuft einen Kondensator, der sie wieder abkühlt, bis sie flüssig wird. Zu diesem Zeitpunkt handelt es sich um destilliertes Wasser, weshalb als letzter Schritt eine Remineralisierung erfolgt.

Das Gerät kann mit Solarenergie, einem Stromgenerator oder mit dem Stromnetz verbunden werden. Im Falle von Solarenergie werden Batterien verwendet, um tagsüber den Strom zu speichern, der den Wassergenerator nachts betreibt. Ein Großteil der Forschungsarbeit der letzten drei Jahre sei in die Entwicklung der Software geflossen, die die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und andere Faktoren mißt und die Geschwindigkeit der Ventilatoren anpaßt, damit stets die richtige Luftmenge einströmt.

Auf der Firmen-Homepage ist im Jahr 2024 von bis zu 8 Gallonen Frischwasser pro Tag und einem Verbrauch von bis zu 1 kW pro Stunde die Rede. Eine netzunabhängige Stromversorgung mit PV-Paneelen wird für ,später’ angekündigt.

Im Oktober 2016 wird in den Fachblogs ein passenderweise SOURCE (o. SOURCE Hydropanel) genanntes Gerät von Zero Mass Water Inc. (ZMW) vorgestellt, einem 2014 gegründeten und in Scottsdale beheimateten Start-Up der Arizona State University (ASU). Es ist eine Aufdach-Solaranlage, die nicht nur Strom, sondern auch Wasser produziert. Dabei wird ein standardmäßiges PV-Paneel von zwei porösen, wasserbindenden Bauteilen flankiert, den sogenannten Hydropanels. Die Gründer um Prof. Cody Friesen hatten sechs Jahre an der Entwicklung gearbeitet.

Ein einzelnes Gerät hat eine Grundfläche von 2,8 m², erzeugt seinen eigenen Strom und nutzt diesen  um einen Zyklus von Kondensation und Verdampfung anzutreiben, der 2 - 5 Liter Wasser pro Tag produzieren kann. Ein Teil des Stroms wird in einer integrierten Lithium-Ionen-Batterie gespeichert, um den Wasserdruck auch nach Einbruch der Dunkelheit aufrechtzuerhalten. Das PV-Paneel in der Mitte des Arrays treibt einen Ventilator und die Kommunikation des Systems mit den Hydropaneelen an. Bei Bedarf können mehrere SOURCE-Geräte in einer Reihe installiert werden, um eine größere Wassermenge zu erzeugen.

Die Hydropaneele selbst bestehen aus zwei verschiedenen Materialien, von denen eines Wärme erzeugen und das andere Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen kann. Wenn die Sonne scheint, zieht das Array aus der Umgebung Luft an, die durch einen Kondensator geleitet wird. Das kondensierte Wasser läuft anschließend in einen 30 Liter Tank (andere Quellen: 60 Liter), wo es mit Kalzium und Magnesium mineralisiert und gespeichert wird. Der sich selbst säubernde Wassertank kann direkt an einen Wasserhahn im Haus angeschlossen werden, so daß man diesen nur aufdrehen muß, um Solarwasser zu trinken.

Wie nun zu erfahren ist, läuft bereits seit 2015 ein Pilotprogramm zur Erprobung des Systems in acht unterschiedlichen Ländern und mit hunderten SOURCE-Arrays. Das Unternehmen hatte hierfür 7 Mio. $ sammeln können. Eine der ersten Test-Anlagen ist auf dem Dach einer Villa in Kalifornien installiert, eine auf einem Waisenheim im Libanon, eine dritte produziert Wasser in einem jordanischen Flüchtlingscamp und wiederum eine andere dient als Wasserstelle für Tiere in einer Wüste in Arizona.

Die ZMW plant, SOURCE-Arrays zu nutzen, um syrische Flüchtlinge in Jordanien wie auch jordanische Familien selbst mit frischem Wasser zu versorgen. Bis Ende 2017 sollen 100.000 Haushalte davon betroffen sein, finanziert von der Clinton Foundation, Duke Energy International und anderen Investoren. Es ließ sich jedoch nichts darüber finden, daß diese Pläne umgesetzt wurden.

Nachdem das Start-Up von Investoren 24 Mio. $ eingesammelt hat, sind die Paneele ab 2018 in den USA nun auch allgemein erwerbbar. Ein Standard-Array aus einem PV-Paneel und zwei SOURCE-Panels, die pro Tag 4 - 10 Liter Trinkwasser produzieren, kostet 4.000 $ (andere Quellen:  4.800 $) plus 500 $ für die Montage auf dem Dach. Das  System ist für eine Lebensdauer von zehn Jahren ausgelegt, was mir etwas kurz erscheint. Später ist von 14 Jahren die Rede (s.u.). Dafür muß zur Wartung nur einmal im Jahr ein neuer Luftfilter eingesetzt werden, und alle fünf Jahre eine neue Patrone, die das Wasser mineralisiert.

Eine Besonderheit ist, daß alle SOURCE-Panels mit dem Zero Mass Water Hauptquartier verbunden sind. Dort wird analysiert, wie die Anlagen unter bestimmten Temperaturen, Luftfeuchtigkeits- und pH-Werten arbeiten, damit die Arrays durch maschinelles Lernen immer effizienter werden. Auch die Besitzer haben per App Zugriff auf diese Daten, die u.a. angeben, wie viel Wasser im Tank ist. Und falls etwas kaputt geht, versuchen die Zero Mass Water Mitarbeiter, den Schaden ferngesteuert zu beheben.

Die Zero Mass Water ist auch weiter sehr aktiv, was sich auf der Homepage gut verfolgen läßt. So werden beispielsweise 2019 eine Reihe von SOURCE-Arrays auf der Insel Isabela, Puerto Rico, installiert, wo sich die Menschen noch immer von dem Kategorie-5-Hurrikan Maria im September 2017 erholen. Unter anderem wird eine Anlage in einem Alterszentrum installiert, die etwa 600 Liter Trinkwasser pro Monat produzieren soll, sowie eine weitere mit bis zu 750 Litern an der örtlichen Feuerwache, um den Bewohnern der Region eine stabile Trinkwasserquelle zu bieten.

In Bahia Hondita, Kolumbien, werden 149 (andere Quellen: 156) SOURCE-Hydropanels installiert, um mehr als 300 Bewohner des Wayuu-Stammes mit 22.000 Liter Trinkwasser zu versorgen und so den täglichen Transport von sauberem Wasser über 10 km zu vermeiden. Außerdem wird die Firma mit Amerikas höchstem Preis für Innovation ausgezeichnet, dem Lemelson-MIT-Prize 2019.

Im Juni 2020 erhält das Unternehmen eine Investition in Höhe von 50 Mio. $ von Fonds, die von BlackRock, Duke Energy, Breakthrough Energy Ventures, 3x5 Partners und Material Impact Fund verwaltet werden. Im September ändert die Zero Mass Water ihren Namen in SOURCE Global PBC (Public Benefit Corporation). Zu diesem Zeitpunkt sind die SOURCE-Hydropanels bereits in 45 Ländern eingeführt. Außerdem vertreibt die Firma nun Dosen-Wasser namens SKY WTR, das aus reinem Luft-Wasserdampf und nur mit der Kraft der Sonne erzeugt wird.

Auch technisch geht es weiter, so daß im Mai 2023 ein neues Hydropanel für den gewerblichen Bereich sowie das R3-Hydropanel für Privathaushalte mit einer Lebensdauer von etwa 15 Jahren vorgestellt werden. Letzteres Paneel wird zu einem Preis von 2.950 $ angeboten, einschließlich Hausanschluß-Kit und Garantie, kann mit einer Luftfeuchtigkeit von nur 10 % arbeiten und soll pro Tag 4 - 10 Liter sauberes Wasser liefern. Inzwischen hat das Unternehmen auch seine erste ,Wasserfarm’ im Oman errichtet.

Im April 2017 folgt ein Bericht über Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT), der saudischen King Abdulaziz City for Science and Technology und der University of California, Berkeley (UC Berkeley), die einen Wassersammler entwickelt haben, der selbst bei einer Luftfeuchtigkeit von nur 20 % Wasser aus der Luft ziehen kann. Er soll hier erwähnt werden, da er auf der Nutzung von Solarenergie basiert - auch wenn es in diesem Fall nicht die Photovoltaik ist.

Der Prototyp des solarbetriebenen Erntegeräts, der aus einem metallorganischem Rahmen (metal-organic framework, MOF) besteht, liefert mit einem Kilogramm des MOF-Materials 2,8 Liter Wasser am Tag. Wobei der kleine Prototyp tatsächlich mit nur 2 g MOF betrieben wird. Das MOF-801, das die MIT-Forscher verwenden, ist eine Mischung aus Zirkonium und Adipinsäure, die Wasserdampf bindet. Diese synthetischen Verbindungen zeichnen sich aufgrund einer Netzstruktur, die Raum läßt, um Gase und Flüssigkeiten zu speichern, durch ihre extrem große Oberfläche aus - ein MOF von der Größe eines Zuckerwürfels beispielsweise könnte theoretisch die Fläche von sechs Fußballfeldern einnehmen. Dadurch eignen sie sich hervorragend zum Einfangen und Speichern von Molekülen aus der Luft.

Die Idee ist es, einen kleinen Kasten mit diesem Material im Laufe eines sonnigen Tages ins Freie zu stellen, damit sich in den winzigen Poren Wasser sammeln kann. Die Forscher arbeiten nun an einem Gerät, das groß genug ist, um genug Trinkwasser für eine kleine Familie zu liefern. Hierzu müssen sie aber einen Weg finden, das benötigte MOF-Material, das bisher aus dem Labor stammt, in größeren Mengen herzustellen. Außerdem soll die Wasserausbeute erhöht werden. Der Artikel mit dem Titel ,Water harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight’ ist im Netz vollständig einsehbar.

Im Juni 2018 veröffentlichen die Ingenieure der UC Berkeley um Omar Yaghi einen weiteren Bericht mit dem Titel ,Practical water production from desert air’, in welchem sie über ihre erfolgreichen Feldversuche mit einem größeren Prototypen in der Wüste von Arizona berichten, wo die Luftfeuchtigkeit von 40 % in der Nacht bis zu nur 8 % am Tag reicht. Auch dieser Bericht ist online einsehbar.

In der nun eingesetzten Wasser-Erntemaschine befindet sich ein 0,19 m² großes Bett aus dem MOF-Material in einer Box, die wiederum in einem durchsichtigen Plastikwürfel untergebracht ist. Zunächst wird der Deckel des Behälters über Nacht zur Luft hin geöffnet, so daß die MOF-Körner Wassermoleküle aus der Luft aufsaugen können. Am Morgen wird der Deckel wieder aufgesetzt und die Sonne heizt die Box wie ein Gewächshaus auf, was die MOFs dazu veranlaßt, den eingeschlossenen Wasserdampf freizusetzen. Dieser kondensiert an den Wänden der äußeren Box und läuft nach unten, wo er aufgefangen werden kann. Bei Verwendung von 1,2 kg MOF-801 kann das Gerät 100 ml Wasser pro kg MOF produzieren.

Die Forscher experimentieren zudem mit einem MOF auf Aluminiumbasis, das nicht nur 150 Mal billiger ist als Zirkonium, sondern auch doppelt so viel Wasser auffangen kann. Künftige Versionen des Geräts könnten dadurch über 400 ml (1,5 Tassen) Wasser pro Tag pro kg MOF erzeugen.

Gewinner des Goldenen Preises beim Asia Design Prize 2017 sind die Designer Susanne Duswald und Janis Beinerts vom Umeå Institute of Design in Schweden mit ihrem für künftige städtische Gartengemeinschaften entwickelten Konzept AERO. Der mit Solarenergie betriebene Wassersammler entsteht im Zuge eines 10-wöchigen Kooperationsprojekts mit Gardena und der Husqvarna Group, bei dem 2er-Teams nach Lösungen suchen, um das urbane Gärtnern im Jahr 2030 zu ermöglichen.

Duswald und Beinerts entscheiden sich für die Arbeit mit polymerbeschichteten Baumwollmembranen, einer vor kurzem entdeckte Materialkombination, die aufgrund ihrer superhydrophilen Eigenschaften passiv Wassermoleküle aus der Luft anzieht. Die Baumwollpads können dabei bis zu 350 % ihres Eigengewichts speichern, und wenn sie voll sind, kann das Wasser mechanisch mit Hilfe von Drehbewegungen herausgepreßt werden und der Prozeßzyklus beginnt von neuem.

Das Gerät soll täglich bis zu 200 Liter Wasser produzieren und ist so konzipiert, daß es an intelligente Dosiergeräte angeschlossen werden kann, um automatisch die perfekte Wassermenge an die Pflanzen abzugeben. Die Designer stellen sich vor, daß die in zwei Größen (AERO und AERO-Mini) erhältlichen Wassersammler über den Vermieter des Wohngebäudes oder über einen Gemeinschaftsgartenkreis erworben werden. Das Gerät ist zudem eine gute Möglichkeit für den Vermieter, die Begrünung seines Gebäudes zu fördern und den toten Platz auf den Dächern zu nutzen.

Im Juli 2017 gegründet die kenianische Geschäftsfrau und ausgebildete Sozialarbeiterin Beth Koigi zusammen mit der kanadischen Umweltwissenschaftlerin Anastasia Kaschenko und der Oxford-Ökonomin Clare Sewell ein Sozialunternehmen, das eine sehr clevere Strategie verfolgt, um Wasser aus der Luft zu gewinnen.

Die nicht profitorientierte Firma Majik Water arbeitet dabei mit einem solarbetriebenen Gerät, das wie seine diversen Vorgänger nach dem Prinzip der Kondensatentfeuchter funktioniert, bei denen der Wasserdampf, der sich normalerweise in der Luft befindet, in seine flüssige Form kondensiert. Was eigentlich nichts neues ist, denn noch vor ein paar Generationen war es durchaus üblich, Wasser über Nacht gezielt etwa an Metallblechen kondensieren zu lassen.

Nach ersten Prototypen, deren Fertigstellung durch einen beim EDF Pulse Africa Award gewonnenen Geldpreis in Höhe von 15.000 € ermöglicht wird, findet Koigi ein Unternehmenspartner in Indien, dessen Technologie für einfache, robuste und wartungsarme Anlagen adaptiert werden kann. Damit bleibt nur die Frage offen, woher die Energie kommen soll - und genau hier greift das clevere Konzept, bei dem die Firma Partnerschaften mit lokalen Minigrids oder NGOs eingeht, die Solaranlagen betreiben, und deren Überschußproduktion für die Wassergewinnung verwendet wird.

Unter dem Eindruck der immer öfter auftretenden und intensiver werdenden Dürren in Kenia beginnt das Unternehmen damit, sogenannte ,Wasser-Automaten’ aufzustellen, deren Trinkwasser zu einem Preis von umgerechnet etwa sieben Eurocent pro Liter deutlich günstiger ist als das anderer Anbieter. Es gibt noch weitere Firmen, die sich mit der Entwicklung von atmosphärischen Kondensationsmaschinen beschäftigen, doch aufgrund des hohen Strombedarfs und der damit einhergehenden hohen Kosten finden sie keine großflächige Anwendung.

Majik Water belegt 2017 zudem den zweiten Platz beim MIT Water Innovation Award, was mit einem Geldpreis von 7.500 $ verbunden ist. Koigi wird wiederum im September 2018 mit dem Young Water Fellowship Prize ausgezeichnet wird. Zu diesem Zeitpunkt versorgen die Geräte von Majik Water bereits 1.900 (andere Quellen: 2.400) Menschen pro Tag mit Trinkwasser, wobei die größte Installation täglich 500 Liter produziert. Auch in einem riesigen Flüchtlingslager mit insgesamt 300.000 Bewohnern wird ein ,Wasserkiosk’ eröffnet, wobei der lokale Minigrid-Betreiber seine Kollektorflächen stark erweitern möchte, damit noch viele weitere Kioske folgen.

Die weiteren Pläne sind ziemlich ambitioniert: Die Firma will zumindest ein oder zwei Systeme in den Zentren jener Städte installieren, die in sehr trockenen Gebieten liegen, sowie in andere wasserarme Gegenden in Ostafrika expandieren, etwa nach Tansania oder in den Sudan. Teil der Pläne ist es auch, große Flüchtlingslager in der Region mit den AWH-Anlagen auszustatten. Hierzu entwickelt Majik Water drei Luftentfeuchter. Das erste Modell für die Nutzung einzelner Haushalte ist in der Lage 25 Liter Wasser am Tag zu gewinnen, das mittlere Modell kann täglich bis zu 120 Liter Wasser produzieren, und das industrielle Modell bis zu 500 Liter.

Richtig in die internationale Presse kommt die Kenianerin, die schon als Studentin einen einfachen, preisgünstigen Aktivkohle-Wasserfilter entwickelt hat, der 50 Liter pro Stunde filtern kann, und die nach ihrem Bachelor-Abschluß 2013 Mitbegründerin der im selben Umfeld aktiven Aqua Clean Initiative ist, allerdings erst Mitte 2024, warum auch immer.

Im April 2018 berichten Wissenschaftler der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saudi-Arabien über die Ergebnisse ihrer Untersuchungen von 14 gängigen wasserfreien und hydratisierten Salzpaaren hinsichtlich der physikalischen und chemischen Stabilität, ihrer Wasserdampfabsorption und ihrer Freisetzungskapazität.

Kupferchlorid (CuCl₂), Kupfersulfat (CuSO₄) und Magnesiumsulfat (MgSO₄), die sich als besonders geeignet erweisen, werden zu zweischichtigen Wassersammelvorrichtungen weiterverarbeitet, wobei die obere Schicht die photothermische Schicht ist, während die untere Schicht als salzbeladene Fasermembran dient.

Die Wassersammelvorrichtungen sind in der Lage, Wasserdampf aus der Luft mit niedriger relativer Luftfeuchtigkeit (bis zu 15 %) aufzufangen und Wasser bei regelmäßiger und sogar abgeschwächter Sonneneinstrahlung (d.h. 0,7 kW/m²) wieder abzugeben. Die Studie ,Harvesting Water from Air: Using Anhydrous Salt with Sunlight’ ist vollständig einsehbar.

Im September folgt ein weiterer, ebenfalls vollständig einsehbarer Bericht der KAUST mit dem Titel ,Hybrid Hydrogel with High Water Vapor Harvesting Capacity for Deployable Solar-Driven Atmospheric Water Generator’, der ein flexibles hybrides photothermisches Wassersorptionsmittel beschreibt, das aus zerfließendem Salz und Hydrogel besteht. Dank des zerfließenden Salzes besitzt es selbst bei niedriger Luftfeuchtigkeit eine überragende Wasser-Sorptionskapazität und behält dank der Hydrogel-Plattform eine feste Form bei, nachdem es eine große Menge Wasser absorbiert hat.

Ein einfach zu montierender Prototyp mit 35 g des trockenen Hydrogels wird im Freien getestet und liefert unter natürlichem Sonnenlicht innerhalb von 2,5 Stunden 20 g Frischwasser. Es wird geschätzt, daß die Materialkosten für die Herstellung eines solchen Geräts, das den täglichen Mindestwasserverbrauch eines Erwachsenen von 3 Litern deckt, nur 3,20 $ betragen.

Obwohl ihr System mittels Biomasse-Vergasung und nicht mit PV-Paneelen betrieben wird, soll hier auf die Gewinner des Water Abundance XPRIZE im November 2018 hingewiesen werden, bei dem die gemeinnützige XPrize Foundation insgesamt 1,7 Mio. $ in Aussicht stellt. Um das Geld zu erhalten, muß ein Gerät präsentiert werden, das täglich mindestens 2.000 Liter Trinkwasser aus der Luft gewinnt, mit Erneuerbaren Energien betrieben wird und im Betrieb nicht allzu teuer ist. Dem Wettbewerb stellen sich 98 Teams aus 27 Ländern.

Die Vorgaben werden schließlich von einem Container-System namens WeDew (Wood-To-Energy Deployable Emergency Water) erfüllt, das von dem in Venice Beach, Kalifornien, ansässigen Team Skysource/Skywater Alliance entwickelt wurde und täglich 2.000 Liter Trinkwasser aus der Luft gewinnt. Die Initiatoren des Teams und Gründer von Skysource sind die Fotojournalistin Laura Doss-Hertz und der Architekt und Erfinder David Hertz. Im Jahr 2016 stellen sie in Venedig einen atmosphärischen 150-Gallonen-Wassergenerator als Quelle für die gesamte Gemeinde auf, der aber vermutlich ans Stromnetz angeschlossen ist.

Das Argument von Hertz und seinem Miterfinders Rich Groden zugunsten der Biomasse-Vergasung ist, daß diese weniger als ein Zehntel der Kosten einer photovoltaischen Versorgung verursacht. Der Liter Wasser sei so zu einem Preis von 0,02 $ beschaffbar. Allerdings wird ein einziges PV-Paneel doch benötigt, vermutlich zur Versorgung der elektrischen Steuerkreisläufe.

Das Team erhält für die Innovation 1,5 Mio. $ des Preisgeldes - und dazu noch diverse weitere Preise, darunter den World Technology Award 2018, den World Changing Ideas Award 2019 und den National Design Award 2022 des Smithsonian Design Museum. Es läßt sich trotzdem bislang nichts über einen realen Einsatz des WeDew-Containers finden. Einzig die Firma Skywater vertreibt verschiedene, netzstromanhängige Geräte, die ein adiabatisches Destillationsverfahren verwenden, bei dem Wasserdampf ohne Wärmegewinn oder -verlust zu Flüssigkeit reduziert wird.

Im Juli 2019 veröffentlicht der Künstler Joaquín Fargas ein kurzes Video über sein Projekt Rabdomante, das unter dem Motto ,Utopia of Water’ läuft - und dies im Wortsinn, denn der betreffende Wasser sammelnde Roboter ist mobil, dem Künstler zufolge, um die Wüste auf spielerische und poetische Weise zu erkunden. Was dann wie ein Rover aussieht, der etwas ziellos auf einem fremden Planeten umher rollt.

Das Objekt aus zwei miteinander verbundenen Segmenten, das eindeutig nicht nach technischen Prioritäten konzipiert ist, nutzt eine Reihe von PV-Paneelen, um Sonnenenergie in Batterien zu speichern, deren Strom dann zum Betrieb von Peltier-Zellen genutzt wird, an deren kalter Seite das Wasser aus der Atmosphäre kondensiert.

Dem Künstler zufolge soll die Kombination von Natur und Technologie ermöglichen, einen neuen Lebenszyklus sogar in der Atacama-Wüste in Chile zu schaffen, dem trockensten Ort der Welt.

Auf der CES 2020 im Januar stellt die israelische Firma Watergen ein durch PV-Module betriebenes atmosphärisches Trinkwassergerät namens Solar GENNY vor, das auf einer Reihe ähnlicher, aber netzverbundener Geräte des Unternehmens basiert, das sich auf diesem Markt als „weltweit führend“ bezeichnet. Das angewandte, weltweit patentierte GENius-System zur Wassergewinnung sei der Firma zufolge der erste Wärmetauscher, der aus lebensmittelechten Polymeren besteht.

Die Produkte des 2009 gegründeten Unternehmens gewinnen mit 1 kWh (andere Quellen: 1,5 kWh) bis zu 5 Liter frisches Trinkwasser, und dies auch in Klimazonen mit einer Luftfeuchtigkeit von nur 20 %. Die Watergen Mobile Box beispielsweise liefert täglich bis zu 25 Liter frisches, aus der Luft gewonnenes Trinkwasser. Solar GENNY kann bis zu 3,5 Gallonen Wasser pro Tag erzeugen und eignet sich insbesondere für den Einsatz an abgelegenen Orten und in ländlichen Dörfern, aber auch in Parks und grünen Wohngebieten, wo die Stromversorgung unzuverlässig oder nicht verfügbar ist. Tatsächlich ist das Gerät auch Mitte 2024 noch immer nicht auf dem Markt.

Anzumerken wäre noch, daß die Firma in Zusammenarbeit mit dem palästinensischen Stromversorger Mayet Al Ahel im Mai 2020 ein Wasser-aus-Luft-Gerät am Al-Rantisi-Krankenhaus im Gazastreifen installiert hat. Das Projekt wurde von dem Milliardär Michael Mirilashvili gefördert, der die Watergen im Jahr 2016 übernommen hatte. Es ist bislang nicht klar, was angesichts der massiven Bombardierungen 2023 und 2024 aus der Anlage geworden ist.

Eine weitere im Netz einsehbare Studie, die im September 2021 veröffentlicht wird, stammt von Wissenschaftlern der Shanghai Jiao Tong University in China und trägt den Titel ,Ultrahigh solar-driven atmospheric water production enabled by scalable rapid-cycling water harvester with vertically aligned nanocomposite sorbent’. Die Arbeit soll zwei seit langem bestehende Engpässe für die Realisierung einer effizienten atmosphärischen Wassergewinnung überbrücken: die schwache Fähigkeit der üblichen Sorptionsmittel, Wasser aus trockener Luft zu gewinnen, sowie die geringe Wasserproduktivität der Geräte.

Die Studie berichtet über ein vertikal ausgerichtetes Nanokomposit-Sorptionsmittel (LiCl@rGO-SA), bei dem Lithiumchlorid (LiCl) in einer Matrix aus reduziertem Graphenoxid (rGO) und Natriumalginat (SA) eingeschlossen ist. Dieses Sorptionsmittel zeigt eine hohe Wasseraufnahme, die das Dreifache seines Gewichts beträgt, indem es die Chemisorption von LiCl, das Zerfließen des LiCl-H2O-Monohydrats und die Absorption der wäßrigen LiCl-Lösung integriert. Darüber hinaus weist LiCl@rGO-SA eine schnelle Sorptions-Desorptionskinetik auf, die durch die vertikal ausgerichteten und hierarchischen Poren der rGO-SA-Matrix als Wasserdampftransferkanäle ermöglicht wird.

Die Wissenschaftler entwickeln einen skalierbaren, solarbetriebenen, schnell zyklischen und kontinuierlichen atmosphärischen Wasseraufbereiter mit synergetischer Verbesserung des Wärme- und Stofftransfers. Der im August 2020 auf dem Labordach installierte Demonstrator realisiert mit dem Hochleistungs-Nanokomposit-Sorptionsmittel acht kontinuierliche Wasserauffang- und -sammelzyklen pro Tag und erreicht eine Wasserproduktivität von bis zu 2.120 Milliliter Wasser pro Tag ohne weiteren Energieverbrauch. Noch wichtiger ist, daß diese Version des SAWH (Sorption-Based Atmospheric Water Harvesting) direkt mit geringwertigen Wärmequellen wie Solarenergie betrieben werden kann.

Im Oktober 2021 erscheint ein Bericht von X, The Moonshot Factory (zuvor: Google X), der Forschungsabteilung des US-amerikanischen Unternehmens Alphabet Inc. im kalifornischen Mountain View, der ebenfalls komplett im Netz veröffentlicht ist und den Titel ,Global potential for harvesting drinking water from air using solar energy’ trägt. Dem Bericht zufolge hat bislang noch keine Analyse das globale Potential der atmosphärischen Wasserkondensation kartiert.

Bei der Bewertung wird ein hypothetisches Gerät mit einer Fläche von 1 m² und einem spezifischen Ertrag von 0,2 - 2,5 Litern pro Kilowattstunde bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30 - 90 % postuliert und das Wirkungspotential bestehender Geräte und neuer Sorptionsmittel-Klassen dargestellt. Letztlich kommen die Autoren zu dem (belegten) Schluß, daß die atmosphärische Wassergewinnung eine Milliarde Menschen mit Trinkwasser versorgen könnte, insbesondere in tropischen Regionen, in denen zwei Drittel der Menschen ohne sicher bewirtschaftetes Trinkwasser (Safely Managed Drinking Water, SMDW) leben.

Das französisch-tunesische Start-Up Kumulus (o. Kumulus Water, Kumulus SAS, Kumulus Tunisia) debütiert auf der Tunisia Design Week im Mai 2022 mit dem Entwurf eines roboterähnlichen Wassergenerators, der dem Innenarchitekten und Produktdesigner Zouhair Ben Jannet und seinem Art Design Studio den Preis für das beste innovative Design einbringt.

Der Kumulus 1 (o. Kumulus Amphora) genannte Generator des im September 2021 von Iheb Triki und Mohamed Abid gegründeten Unternehmens, das sich zum Ziel gesetzt das, Schulen und Gemeinden in den Trockengebieten Afrikas mit sauberem Wasser zu versorgen, paßt in einen 1 m³ großen Würfel und kann per Stromanschluß betrieben - oder mit einem Solarpaneel ausgestattet werden, was ihn völlig unabhängig macht -, um 20 - 30 Liter Trinkwasser pro Tag zu produzieren. Technisch wir auch hier das Phänomen des Morgentaus nachgebildet.

Das erste Pilotprojekt wird nun in der El Bayadha Grundschule in Ghardimaoui, Jendouba, vorbereitet, am westlichsten Punkt Tunesiens, an der Grenze zu Algerien. Dort gibt es keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, und die Firma möchte fünf Maschinen beschaffen und sie auf dem Dach plazieren, um die Schüler zu versorgen. Bislang wartet man noch auf die Genehmigung der Regierung.

Später wird das Sart-Up mit dem Großen Preis des Seoul Design Award 2023 ausgezeichnet und kann auch schon erste Referenzen vorweisen: in einer Grundschule in Bazma im Süden des Landes, in dem Luxushotel La Badira in Hammamet sowie in der Villa Carmignac auf der Insel Porquerolles in Südfrankreich.

Im Januar 2023 erscheint in den Blogs der Entwurf des weltweit ersten Ökotourismus-Ressorts, das seine eigene grüne Energie produziert und sein eigenes Wasser aus der Luft gewinnt. Das von dem Designbüro MASK Architects gestaltete BAOBAB Luxury Safari Resort ist als aufwendiger Urlaubsort gedacht und besteht aus mehreren Safari-Lodges, die so konzipiert sind, daß sie sich selbst versorgen können.

Die Buchenholz-Hütten, die sich an der Form des Affenbrotbaums orientieren, verfügen über ein Wohnzimmer, ein Schlafzimmer, einen Arbeitsbereich, einen privaten Pool im obersten Stockwerk und eine Sonnenterrasse mit einer Außendusche. Die Hütten wurden 3,5 m über dem Boden errichtet, um einen Blick auf die Umgebung zu ermöglichen und auch die Wildtiere von oben zu beobachten. Das Safari-Resort soll zudem afrikanischen Gemeinden und Dörfern, die unter Wassermangel leiden, Wasser zur Verfügung stellen.

Als Luft-zu-Wasser-Technologie, die in jede der Lodge-Strukturen integriert ist, soll ein „System aus transparenten, solarbetriebenen Glasvorhängen“ verwendet werden, was allerdings nicht weiter ausgeführt wird. Die Luftfilter des Systems sind in holzverkleideten Aluminium-Gitterstäben untergebracht, die die Fassade jeder Lodge umschließen. Diese leiten die Luft in die Vorrichtung, wo sie gefiltert wird, bevor sie kondensiert und das Wasser über ein mehrstufiges Filtersystem in einem zentralen Tanks gesammelt wird. Sobald eine ausreichend große Menge davon zur Verfügung steht, soll diese dann weitergegeben werden.

Das durch Öznur Pınar Çer und Danilo Petta im Jahr 2020 in Italien gegründete Designbüro MASK Architects begegnet uns auch mit seinem Konzept der weltweit ersten Wohnsiedlung, bei der eine aus Stahl 3D-gedruckte Exoskelett-Konstruktion zum Einsatz kommen soll. Darüber findet sich mehr im Kapitelteil 3D-Druck in der Architektur.

Im Juni 2023 stellt auch ein Forscherteam der Northumbria University im Vereinigten Königreich ein solarbetriebenes System vor, das der Luft Feuchtigkeit entzieht und daraus Trinkwasser gewinnt. Das Solar2Water genannte System wird ausschließlich mit Solarenergie betrieben, mit zwei Solarpaneelen und einer Batterie für den Dauerbetrieb. Auf dem Foto wirkt die Kondensationsmaschine selbst allerdings wie ein herkömmliches, gekauften Modell.

Prof. Muhammad Wakil Shahzad hatte von der Universität eine Startfinanzierung für die Entwicklung des Systems erhalten, und konnte nach Sicherung einer Machbarkeits-Finanzierung durch den Northern Accelerator zusammen mit seinem Team erfolgreich ein Pilotsystem konstruieren, das 15 - 20 Liter Trinkwasser pro Tag produziert.

Die patentierte Lösung, auf deren Technologie nicht näher eingegangen wird, soll die Einschränkungen herkömmlicher atmosphärischer Wassergeneratoren überwinden, indem sie unabhängig von der Luftfeuchtigkeit eine konstante Wassermenge erzeugt und bei gleichem Energieaufwand doppelt so viel Wasser produziert. Das nächste Ziel ist es, die Wasserproduktionskapazität auf 50 Liter pro Tag zu erhöhen.

Die nächste relevante Veröffentlichung stammt vom August, als ein Forscherteam der ETH Zürich über die Entwicklung eines Nebelsammelnetzes mit einer durch Sonnenlicht aktivierten reaktiven Beschichtung berichtet. Der Artikel trägt den Titel ,Photocatalytically reactive surfaces for simultaneous water harvesting and treatment’ und ist im Netz komplett einsehbar. Diesem zufolge ist der neue Nebelfänger bereits unter Laborbedingungen sowie im Rahmen einer kleinen Pilotanlage unter realen Bedingungen getestet worden und habe vielversprechende Ergebnisse geliefert.

Das Thema Nebelsammelnetze - die schon länger in vielen Ländern der Welt wie Marokko, Peru oder auch Chile erfolgreich im Einsatz sind - wurde bislang nicht behandelt, da es keinerlei Bezug zur Photovoltaik hat. Auch die neue Technologie der Schweizer basiert nicht darauf, aber durch den Einbezug der Photokatalyse handelt es sich um einer Weltpremiere, die die Wassergewinnung aus Nebel mit einer Wasseraufbereitung kombiniert, die ihren Energiebedarf ausschließlich mit Sonnenenergie deckt.

Zum Einsatz kommt dabei ein engmaschiges Geflecht aus Metalldraht, das mit einem Gemisch aus Polymeren und Titandioxid beschichtet wird. Die Beschichtung sorgt dafür, daß die Wassertropfen sich optimal ablagern und dann mit möglichst wenig Widerstand abfließen können, während das Titandioxid in der Beschichtung als chemischer Katalysator dafür sorgt, daß viele der im Wasser enthaltenen gefährlichen Schadstoffmoleküle gespaltet und abgebaut werden.

Die Technologie ist ausgesprochen wartungsarm und benötigt außer dem Sonnenlicht keine zusätzliche Energie. Das Sonnenlicht wird für die Regeneration des Titandioxid benötigt. Allerdings reicht bereits eine halbe Stunde Sonne aus, damit der Katalysator über einen Zeitraum von 24 Stunden aktiv bleibt.

Im August 2024 stellen die Blogs das in San Francisco ansässige und erst 2022 gegründete Start-Up Aquaria Technologies vor, das für seine autarken, solarbetriebenen Boxen, die Wasser aus der Luft erzeugen können, als Finalist für den Future Resilience Prize im Wettbewerb um den Urban Future Prize 2024 nominiert wird.

Die atmosphärischen Wassergeneratoren von Aquaria umfassen einen eigenständigen Wasserspender für den Außenbereich, die 17.499 $ teure Hydrostation, die keine Rohrleitungen benötigt und in Parks, auf Baustellen, in Ferienanlagen oder in anderen Bereichen eingesetzt werden kann und 500 Liter pro Tag liefert; das gleich teure und leistende Modell Hydropack, sowie einen Wasserspender für den Innenbereich, den Hydropixel für 3.499 $, der bis zu 91 Liter Wasser pro Tag spenden kann und nur eine Steckdose benötigt.

Das größte Modell, der Hydropack X, kostet 29.999 $ und ist in der Lage, täglich bis zu 1.000 Liter Trinkwasser zu erzeugen. Die Geräte sind zudem mit Partikel-Filtration, Kohlenstoff-Filtration und UV-Sterilisation ausgestattet. Genauere Daten zu den PV-Komponenten gibt es nicht, doch durch ihre Nutzung sollen die Betriebskosten gegen Null sinken.

Zum Abschluß dieser Exkursion zum Thema der solarbetriebenen atmosphärischen Wassergewinnungsanlagen sollte noch erwähnt werden, daß es inzwischen sehr viele Unternehmen weltweit gibt, die Geräte zur atmosphärischen Wassererzeugung herstellen, allerdings ohne integrierte Photovoltaik - und damit abhängig vom öffentlichen Stromnetz.

 

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