Poröse Materialien zur Gewinnung von Wasser aus der Luft

Dieses Thema richtet sich an Lehrkräfte der Chemie und Physik.

Poröse Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass in den Poren kleine Moleküle, wie H2O, CO2, CH4, SO2, NO2 u.v.a., reversibel eingelagert und abgegeben werden können. Dabei haben Größe, Form und Beschaffenheit der Poren einen großen Einfluss darauf, welche der Moleküle aufgenommen werden können. Chemiker:inn sind in der Lage diese drei Parameter so einzustellen, dass bevorzugt bestimmte Moleküle aufgenommen werden können. Einige metall-organische Gerüstverbindungen, die auch an der CAU Kiel entwickelt werden, eignen sich zur selektiven Einlagerung von Wasser aus der Luft. Selbst in relativ trockenen Gebieten, sogar in Wüsten, kann nachts wenn es kalt ist aus der Luft Wasser eingelagert werden, dass dann mit Hilfe von Licht am Tag wieder einfach aus den Poren herausgeholt und durch Kondensation verflüssigt werden kann.

Mögliche Fragestellungen

Wie hat sich der Zugang zu sauberem Trinkwasser in den letzten Jahrzehnten entwickelt? In welchen Ländern ist der Zugang zu sauberem Trinkwasser eingeschränkt?
Wie werden die porösen Materialien / Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs) hergestellt. Worauf muss bei der Herstellung geachtet werden? Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein, dass die Verbindungen auch wirklich in die Anwendung überführt werden können?
Wie funktionieren die Apparate zur Wassergewinnung aus der Luft. Welche physikalischen Prozesse spielen dabei eine Rolle. Was versteht man unter den Begriffen Taupunkt und relative Luftfeuchtigkeit?
Welche Funktion nehmen die MOFs ein, damit Wasser aus der Luft gewonnen werden kann. Wie müssten die Eigenschaften der MOFs weiterentwickelt werden, damit sie noch besser zur Wassergewinnung aus der Luft geeignet sind.

Literatur

Zur Vorbereitung auf den Kick-Off

www.spektrum.de/news/trinkwassergewinnung-ein-chemischer-schwamm-fuer-die-wuestenluft/1951429
www.deutschlandfunk.de/forschung-zu-mof-wasser-in-der-wueste-ernten-100.html
Ein Video zur Gewinnung von Wasser aus der Luft: https://youtu.be/dvwmZKqPgKQ (auf Englisch)

Überblick der Themen 2022

Wissenschaftlicher Partner

Betreuung des Schulteams durch

Norbert Stock

Quelle: www.ac.uni-kiel.de/de/stock/norbert-stock

Prof. Norbert Stock arbeitet seit 16 Jahren am Institut für Anorganische Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Ich habe in Bayreuth studiert und dann als Wissenschaftler an Universitäten in Versailles (Frankreich), Santa Barbara (USA) und München geforscht. Seit meiner Zeit als Doktorand interessiert mich die Entdeckung neuer Verbindungen/Materialien und deren Testung in einer Vielzahl möglicher Anwendungsbereiche. Bei den Untersuchungen spielen poröse Materialien eine wichtige Rolle, da diese in energierelevanten Fragestellungen wie beispielsweise der Katalyse, der Stoffspeicherung und -trennung oder der Erzeugung von Kälte eingesetzt werden. Ihn interessiert auch wie sich diese Verbindungen bilden und welche Darstellungswege eigeschlagen werden müssen, damit interessante Verbindungen möglichst umweltschonend, einfach und günstig erhalten werden können.

Lasse Wegner

Quelle: privat

Lasse Wegner studierte an der Christian-Albrechts-Universität Chemie und promoviert derzeit am anorganischen Institut bei Prof. Dr. Norbert Stock zum Thema „Herstellung und Charakterisierung von mikroporösen elektrisch leitfähigen Kompositmaterialien“. Ziel dieser Arbeit ist es, durch die Verknüpfung von verschiedenen Materialien völlig neue Eigenschaften zu erhalten, die für die Speicherung und Trennung von Gasen genutzt werden können. Ein konkretes Beispiel dafür wäre die Gewinnung von trinkbarem Wasser aus der Umgebungsluft.