Grüne Wüsten – wie Sonnenenergie zur Wassergewinnung beitragen kann
Es gibt zukunftsweisende Ideen für Länder, die unter andauernder Wasserknappheit leiden. Verschiedene Initiativen beschäftigen sich auf ganz unterschiedliche Weise mit der Problematik von Wassermangel und suchen erfolgreich nach innovativen Lösungen. So entwickelt Cosmotaics beispielsweise Solarparks für Wüstengebiete, die über Kondensation zugleich Wasser gewinnen.
Über ein Drittel der Erdoberfläche sind Trockengebiete. Der jährliche Niederschlag ist hier geringer als die potentielle Verdunstung. Das heißt, Flüsse vertrocknen, bevor sie das Meer erreichen. Der Klimawandel dürfte die Wasserknappheit in Zukunft noch verstärken, weil natürliche Ressourcen immer mehr zur Mangelware werden. Neben (Trink-)Wasser fehlt es häufig auch an Strom für Pumpen und landwirtschaftlichen Geräten. Wasser- und Stromleitungen lassen sich jedoch in die teils sehr abgelegenen Regionen kaum verlegen. Bei der Stromerzeugung ist eine dezentrale Lösung dank Photovoltaikanlagen inzwischen problemlos möglich. Bei der Wassergewinnung könnten unkonventionelle Methoden die Lösung sein. Genau diese trockenen Regionen hat das Team von Cosmotaics im Blick. Die Studierenden Igor Luketina, Juan Carrion und Marcin Las aus Wien denken Photovoltaikanlagen für Trockengebiete komplett neu. Was wäre, wenn es einen Weg gäbe, an Ort und Stelle Wasser zu produzieren und dieses Gebiet wieder grün zu machen? Ihre Antwort: Aus Solarparks werden Wasserfarmen!
Wie die Sonne helfen kann, Wasser in der Wüste zu gewinnen
Cosmotaics will spezielle Solarparks in Wüstengebieten aufstellen. Die von den Wienern entworfenen Anlagen entziehen der Umgebungsluft Feuchtigkeit, die an den speziell geformten und beschichteten Bauelementen kondensiert. Dies gelingt mithilfe von speziellen Platten, den “Cosmotaics”. Mit einfachen Sonnenkollektoren ließe sich so nicht nur Strom erzeugen, sondern auch Wasser auffangen. Die Wasserspeicherung gelingt mittels der gegenüberliegenden Seite der Solarmodule – passiv, ohne Energieverbrauch. Je größer die Plattenoberfläche, desto effizienter ist das System. Das gesammelte Wasser dient der Bewässerung von Boden und Wurzeln, zusätzlich kann auch Wasser für in der Umgebung lebende Gemeinden und landwirtschaftliche Zwecke bereitgestellt werden. Ein weiterer positiver Effekt: Die Solarpaneele können mit dem Wasser vom Wüstenstaub befreit werden, was ihren Wirkungsgrad steigert. Die zugrunde liegende Idee wurde bislang nur in Bergregionen genutzt, wo sogenannte Nebelnetze an Bergkämmen Wasser aus der vorbeiziehenden Luft sammeln. Für groß skalierte Anlagen in ebenen Wüstenstreifen, in denen ideale Voraussetzungen für die Erzeugung von Solarstrom herrschen, ist die Idee neu. Das Potenzial ist immens: Gelingt der Anbau von landwirtschaftlichen Produkten, ermöglicht und sichert das den Menschen vor Ort eine Existenz und erleichtert das (Über-)Leben in extremen Trockengebieten.
„Cosmotaics hat es sich zur Aufgabe gemacht, saubere Energie zu produzieren und unsere Umwelt zu schützen. Unsere Solarparks erzeugen erneuerbare Energie durch die Nutzung der Kraft der Sonne. Damit möchten wir dazu beitragen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.“ — Igor Lukatino, Gründer von Cosmotaics
Die Idee zum Projekt kam Luketina an der Küste Ecuadors, als er zwei Jahre dort lebte und die Wasserknappheit ein ständiger Begleiter war. Mit ihrem ganzheitlichen Ansatz konnte das Team 2022 den Social Impact Award (SIA) Österreich gewinnen. Das Ziel ist, aufgrund der steigenden Temperaturen weltweit die von Trockenheit betroffenen Gebiete wiederherzustellen. Neben der Energieeffizienz würden die Solarparks von Cosmotaics auch zu einer kühleren Umgebung beitragen. Bleibt noch zu erwähnen, dass Pflanzen in der Wüste riesige Mengen CO2 binden könnten. In Österreich wird derzeit ein Prototyp gebaut und vielleicht werden grüne Wüsten, der Traum vieler Generationen, dann irgendwann wahr.
Zukunftsweisende Ideen für Länder, die unter ständiger Wasserknappheit leiden
Es gibt einige Projekte und Start-ups, die sich auf die Wassergewinnung in extrem trockenen Gebieten spezialisiert haben:
Munich Re Foundation – Gewinnung von Trinkwasser aus Nebel
Nebelnetze ermöglichen den Zugang zu ausreichenden Trinkwasservorräten auch in trockenen und schwer zugänglichen Regionen. Das Prinzip des “Nebelerntens” ist einfach, aber in nebelreichen Regionen äußerst effektiv: Wind drückt die feuchte Luft durch die Netze der aufgestellten Kollektoren. Der Nebel kondensiert, und kleine Wassertropfen fließen vom Netzgewebe in Auffangrinnen, die direkt mit Zisternen und dem Wasserleitungssystem verbunden sind. Der kondensierte Nebel hat Trinkwasserqualität und verbessert damit die Lebensqualität von gefährdeten Menschen.
University of California in Berkeley – Wasserdampf aus trockener Luft
Beispiele aus Flora und Fauna machen es vor: Sie gewinnen Wasser aus ihrer Umgebungsluft. An das Wüstenklima angepasste Tiere und Pflanzen profitieren davon, dass die Luft selbst in diesen trockenen Umgebungen noch Feuchtigkeit enthält – als Wasserdampf oder Nebel. Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich aus Wüstenluft flüssiges Wasser gewinnen lässt. Das System absorbiert Wasserdampf selbst bei geringer Luftfeuchtigkeit und lässt das Wasser kondensieren. Das Besondere daran: Diese Methode funktioniert ohne zusätzliche Stromzufuhr – der Antrieb kommt allein durch die wechselnde Sonneneinstrahlung von Tag und Nacht.
König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST) – Solarzellen mit Hydrogel erzeugen Strom und Wasser in der Wüste
Wissenschaftler der Universität in Thuwal, Saudi-Arabien, haben ein System aus zwei Komponenten entwickelt, die ein Hydrogel miteinander verbindet. Das Polymergerüst des Hydrogels besteht aus dem Salz Calciumchlorid und der organischen Verbindung Polyacrylamid. In Kombination können diese Materialien große Mengen an Wasser binden. Überdies ist das Hydrogel bereits bei geringerer Luftfeuchtigkeit wasseranziehend. In den kühlen Wüstennächten bindet das Hydrogel Wasser aus der Luft. Tagsüber gibt das Hydrogel aufgrund der Hitze der Sonne und der Paneele der Solaranlage das Wasser wieder ab.
ETH Zürich – Trinkwasser aus der Luft
Die Anlage der ETH Zürich zeigt, dass sich Wasser sauber und ohne zusätzliche Energiequelle aus der Atmosphäre gewinnen lässt. Dazu wird in einem silbrig glänzenden, kegelförmigen Trichter , das Wasser gesammelt. Dies geschieht mittels einer mehrfach beschichteten Glasscheibe mit einem Durchmesser von weniger als zehn Zentimetern, an der feuchte Luft kondensiert. Das Gute daran ist, dass die Anlage kostengünstig und lowtech ist. Allerdings braucht sie sehr viel Platz und funktioniert nur bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 65 Prozent, auch ist die Menge des gewonnen Wasser pro Anlage eher überschaubar.
Warum ist es wichtig, dass Trockengebiete wie Wüsten wieder lebensfähig werden?
Trockengebiete sind ein wichtiger Teil unseres globalen Ökosystems und haben sowohl ökologische als auch sozioökonomische Bedeutung.
- Biodiversität: Trockengebiete sind Heimat vieler seltener und gefährdeter Arten, die nur in diesen Gebieten überleben können. Wenn Trockengebiete lebensfähig sind, können diese Arten überleben und ihre Ökosysteme können sich erholen.
- Klimawandel: Trockengebiete sind besonders anfällig für den Klimawandel, da sie sowieso schon von Wasser- und Niederschlagsmangel betroffen sind. Mit der Wiederherstellung von Trockengebieten können wir dazu beitragen, den Klimawandel zu bekämpfen und die Auswirkungen auf die lokale Bevölkerung zu verringern.
- Wasserressourcen: Trockengebiete sind oft die Quelle von wichtigen Wasserressourcen, die für die lokale Landwirtschaft und die Trinkwasserversorgung der Bevölkerung von großer Bedeutung sind. Wenn Trockengebiete lebensfähig sind, können sie diese Wasserressourcen stabilisieren und sicherstellen.
- Sozioökonomisch: Trockengebiete sind oft Heimat von armen und marginalisierten Bevölkerungsgruppen, die von der Landwirtschaft und der Nutzung natürlicher Ressourcen abhängig sind. Durch Maßnahmen für stabile und lebensfähige Trockengebiete kann die Lebensqualität dieser Bevölkerungsgruppen verbessert und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen erhöht werden.
- Ökologische Balance: Trockengebiete haben eine wichtige Rolle in der ökologischen Balance und beeinflussen auch das Klima und die Wasserversorgung in benachbarten Gebieten. Deshalb ist es wichtig, die Funktionsfähigkeit der Wüsten wiederherzustellen, um die ökologische Balance aufrechtzuerhalten.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Wüsten zu begrünen.
- Aufforstung: Das Pflanzen von Bäumen und Sträuchern in Wüstengebieten, um Bodenerosion zu verhindern und den Boden zu verbessern.
- Regenwasserernte: Das Sammeln von Regenwasser, um es später für die Bewässerung von Pflanzen zu verwenden.
- Sanddünen stabilisieren: Die Verwendung von Techniken, Sanddünen mit Mulch, Steinen und Pflanzen zu stabilisieren und so starke Sandverwehungen zu verhindern.
- Wiederbelebung von Oasen: Das Wiederbeleben von natürlichen Oasen durch den Einsatz von Wasser, Pflanzen und Tieren.
- Biomasse-Energie: Der Einsatz von Pflanzen, die in Wüstengebieten angebaut werden, um Biomasse-Energie zu erzeugen.
- Agroforstwirtschaft: Der Einsatz von Bäumen und Sträuchern in Kombination mit landwirtschaftlichen Pflanzen, um den Boden zu verbessern und Wasser und Schatten bereitzustellen.
MEHR ZUM PROJEKT
Cosmotaics
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Andreas Renner, Co-Founder GOOD: andreas@good-search.org