Achtung, heiß! Strom und Wasser aus Sonne und Wüstenluft

An genügend Sonnenstunden mangelt es in Wüsten selten, Wasser sucht man dafür umso häufiger. Aus diesem Grund wird in Saudi-Arabien jetzt mithilfe von Solaranlagen nicht nur Grünstrom, sondern auch Wasser aus der Wüstenluft produziert.
Solarenergie_Wasser

Dort, wo die Sonne heiß vom Himmel brennt und es nichts außer einer jeden Menge Sand gibt, genau dort, mitten in der Wüste, sehen viele Forscher*innen die Zukunft der nachhaltigen Energieversorgung. Und das liegt doch quasi auf der Hand, denn nirgends auf der Welt scheint die Sonne so stark und verlässlich wie in diesen Gebieten. Der perfekte Standort für gigantische Solarkraftwerke also. Platz gibt es auf alle Fälle genug. Schließlich wird etwa ein Fünftel der gesamten Landfläche auf der Erde von endlos scheinenden Wüstengebieten bedeckt – das sind fast 30 Millionen Quadratkilometer. Kein Wunder, dass in den letzten Jahren immer mehr Energieunternehmen ihren Fokus auf die Umsetzung von Solarprojekten in Wüstengebieten gelegt haben.

Auch die Wissenschaftern*innen der King Abdullah University of Science and Technology, kurz KAUST, in Saudi-Arabien fanden Gefallen an der Idee, Solaranlagen in die Wüste zu pflanzen. Allerdings ist es nicht nur der erzeugte Sonnenstrom, der sie dabei interessiert. Vielmehr hat das Team unter der Leitung von Peng Wang ein Photovoltaiksystem entwickelt, das neben Solarenergie auch Wasser erzeugen soll. Gelingen soll dieses Vorhaben dank eines neu entwickelten Hydrogels, mit dem die Grünstromerzeuger ausgestattet werden sollen.

Tagsüber Strom – nachts Wasser

Auf den ersten Blick unterscheiden sich die verwendeten Sonnenkollektoren kaum von herkömmlichen Grünstromerzeugern. Allerdings wird jedes einzelne Modul mit einem Gel auf Wasserbasis, einem sogenannten Hydrogel, ausgestattet. Das Polymergerüst des Hydrogels besteht dabei aus dem Salz Calciumchlorid und der organischen Verbindung Polyacrylamid. In Kombination können diese Materialien große Mengen an Wasser binden.

Und so soll es genau funktionieren: Ähnlich wie ein Papierhandtuch Wasser aufnimmt, absorbiert das entwickelte hybride Hydrogel in der Nacht Wasser – dann, wenn die Luft feuchter und kühler ist – und speichert es. Gut zu wissen: Die Luftfeuchtigkeit beträgt in der Wüste nachts bis zu 60 Prozent. Dank der Sonne am nächsten Tag werden dann eben nicht nur die Solarzellen angetrieben, sondern auch das Material auf Hydrogelbasis erwärmt. Diese Wärme treibt wiederum das gespeicherte Wasser aus dem Material heraus und leitet es in eine an das System angeschlossene Sammelkammer weiter. Und wohin mit dem Wasser?

Solarenergie Wasser
Neben Solarenergie soll die Anlage wird mithilfe eines Hydrogels Wasser aus der Luft ziehen.

Vielfältig einsetzbar

Das gesammelte Wasser kann einerseits zur Kühlung der Solarmodule verwendetet werden. Das ist gerade in solch heißen Regionen essenziell. Schließlich ist der Betrieb von Solaranlagen in Wüstenregionen ein nicht gerade einfaches Unterfangen. Die enorme Hitze schränkt die Stromproduktion erheblich ein. Gekühlte Module kurbeln demnach also die Erzeugung von Grünstrom an. Dieser Kühlmodus der Solarzellen „ist vergleichbar mit dem menschlichen Schwitzen“, erklärt Wang. „Wir schwitzen, um unsere Körpertemperatur bei heißem Wetter oder bei sportlicher Betätigung zu senken.“ Die Solarzellen könnten dank diesem Kühlmodus um bis zu 17 Grad Celsius gekühlt werden. Dadurch könne sich die Leistung der Paneele um bis zu zehn Prozent verbessern, meint das Forscherteam.

Andererseits soll sich dieses innovative Projekt zu einer kosteneffizienten Strategie für die zuverlässige Wasserversorgung von Menschen und Landwirtschaft entwickeln. Ungenutzte Ressourcen können laut dem Umwelttechnologen Jackson Lord auf diese Art und Weise angezapft und sinnvoll genutzt werden. Eben auch für die Bewässerung von Pflanzen. Ja, auch in dieser scheinbar leblosen Gegend können Pflanzen – eben nur mit genügend Wasserzufuhr – überleben.

Erfolgreicher Testversuch

Dass die Idee eines Energie- und gleichzeitig Wasserlieferanten auch in der Praxis funktioniert, bewies das Team bereits letzten Sommer. Sie testeten das System in einem dreimonatigen Versuch unter der heißen Sonne Saudi-Arabiens. Fazit: Ohne das System heizten sich die Photovoltaikmodule tagsüber auf bis zu 90 Grad Celsius auf. Mit dem Hydrogel war die Temperatur im Durschnitt um 13 bis 14 Grad Celsius geringer. Die Solaranlage sammelte zudem jeden Tag durchschnittlich 0,6 Liter – das sind rund 2,5 Tassen – Wasser pro Quadratmeter Solarpanel. Die Forscher*innen gehen dementsprechend davon aus, dass eine Familie also etwa zwei Solarmodule brauchen würde, um den durchschnittlichen Trinkwasserbedarf jeder Person im Haushalt decken zu können. Der Anbau von Lebensmitteln würde noch mehr Wasser erfordern.

„Unser Ziel ist es, ein integriertes System für saubere Energie, Wasser und die Nahrungsproduktion zu entwickeln. Vor allem der Wassergewinnungsteil unseres Konzepts unterschiedet uns dabei von anderen Agro-Photovoltaikansätzen“, so Wang. Das Team will also Solarenergie und Wasser günstig bereitstellen, um die Millionen von Menschen zu unterstützen, die außerhalb des Stromnetzes leben und aufgrund von besonders trockenem Klima keinen Zugang zu genügend Wasser haben. Die Sonne über der Wüste könnte in Zukunft tatsächlich dabei helfen, nicht nur den Energiehunger zu stillen.

✅ TEXT: Sandra Rainer
✅ FOTOS: UNSPLASH/Fabian Struwe; Renyuan Li
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