Mit Hilfe eines einzigartigen Hydrogels haben Wissenschaftler in Saudi-Arabien ein solarbetriebenes System entwickelt, das erfolgreich Spinat mit Hilfe von Wasser aus der Luft anbaut und gleichzeitig Strom erzeugt. Das Proof-of-Concept-Konzept, das am 1. März in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science beschrieben wurde, bietet eine nachhaltige, kostengünstige Strategie zur Verbesserung der Lebensmittel- und Wassersicherheit für Menschen in Regionen mit trockenem Klima.
“Ein Teil der Weltbevölkerung hat immer noch keinen Zugang zu sauberem Wasser oder grüner Energie, und viele von ihnen leben in ländlichen Gebieten mit trockenem oder halbtrockenem Klima”, sagt der Hauptautor Peng Wang (@pengwang2003), Professor für Umweltwissenschaften und -technik an der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST). “Unser Design macht Wasser aus Luft und nutzt dabei saubere Energie, die sonst verschwendet würde, und eignet sich für dezentralisierte, kleine Farmen an abgelegenen Orten wie Wüsten und Inseln im Meer.”
Das WEC2P genannte System besteht aus einem photovoltaischen Solarmodul, das auf einer Hydrogelschicht angebracht ist, die wiederum auf einer großen Metallbox montiert ist, um Wasser zu kondensieren und zu sammeln. Wang und sein Team haben das Hydrogel in ihren früheren Forschungsarbeiten entwickelt. Das Material kann effektiv Wasserdampf aus der Umgebungsluft aufnehmen und den Wassergehalt bei Erwärmung wieder abgeben.
Die Forscher nutzten die Abwärme von Sonnenkollektoren bei der Stromerzeugung, um das absorbierte Wasser aus dem Hydrogel zu treiben. Die Metallbox darunter fängt den Dampf auf und kondensiert das Gas zu Wasser. Alternativ erhöht das Hydrogel den Wirkungsgrad von Fotovoltaikanlagen um bis zu 9 %, indem es die Wärme absorbiert und die Temperatur der Anlagen senkt.
Das Team führte zwei Wochen lang im Juni, als es sehr heiß war, in Saudi-Arabien einen Pflanzenwachstumstest mit WEC2P durch. Sie nutzten das ausschließlich aus der Luft gesammelte Wasser zur Bewässerung von 60 Wasserspinat-Samen, die in einer Kunststoff-Pflanzenzuchtbox gepflanzt waren. Im Laufe des Experiments erzeugte das Solarpanel, das etwa so groß ist wie ein Schülertisch, insgesamt 1.519 Wattstunden Strom, und 57 von 60 der Wasserspinatsamen keimten und wuchsen normal auf 18 Zentimeter. Insgesamt wurden über den Zeitraum von zwei Wochen etwa 2 Liter Wasser aus dem Hydrogel kondensiert.
“Unser Ziel ist es, ein integriertes System zur Erzeugung von sauberer Energie, Wasser und Lebensmitteln zu schaffen, vor allem der Teil unseres Designs, der Wasser erzeugt, unterscheidet uns von der derzeitigen Agrophotovoltaik”, sagt Wang. Um das Proof-of-Concept-Design in ein tatsächliches Produkt zu verwandeln, plant das Team die Entwicklung eines besseren Hydrogels, das mehr Wasser aus der Luft aufnehmen kann.
“Sicherzustellen, dass jeder Mensch auf der Erde Zugang zu sauberem Wasser und erschwinglicher sauberer Energie hat, ist Teil der von den Vereinten Nationen festgelegten Ziele für nachhaltige Entwicklung”, sagt Wang. “Ich hoffe, dass unser Entwurf ein dezentrales Energie- und Wassersystem sein kann, um Häuser zu beleuchten und Pflanzen zu bewässern.”
Die Forscher erhielten finanzielle Unterstützung von der King Abdullah University of Science and Technology.
Datum: März 1, 2022
Quelle: Cell Press
Journal Reference:
- Renyuan Li, Mengchun Wu, Sara Aleid, Chenlin Zhang, Wenbin Wang, Peng Wang. An integrated solar-driven system produces electricity with fresh water and crops in arid regions. Cell Reports Physical Science, 2022; 100781 DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.100781