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Wissen Mit Hightech-Wasserkocher gegen Trockenheit
Nachrichten Wissen Mit Hightech-Wasserkocher gegen Trockenheit
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18:15 11.12.2018
Der High-Tech-Wasserkocher verfügt über drei Schichten.
Der High-Tech-Wasserkocher verfügt über drei Schichten. Quelle: George W. Ni/dpa
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Cambridge

Eine neue Apparatur kann allein mit Sonnenenergie aus salzigem oder verschmutztem Wasser heißen, sauberen Wasserdampf machen. Er könnte zum Kochen oder Reinigen von medizinischen Instrumenten verwendet werden. Der Wasserdampf kann auch gekühlt und dann als schmutz- und salzfreies Wasser getrunken werden.

Die Anlage von der Größe eines Tablets stellen Forscher um Thomas Cooper und Gang Chen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge (USA) im Fachjournal „Nature Communications“ vor. Es könnte vor allem in Situationen helfen, wenn kein sauberes Wasser zur Verfügung steht. „Es ist ein völlig passives System – Sie lassen es einfach draußen, um Sonnenlicht zu absorbieren“, sagt Cooper.

Material gibt langwellige Infrarotstrahlung ab

Das neue Gerät besteht aus drei Schichten. Die oberste Schicht aus einer Metallkeramik wandelt Sonneneinstrahlung sehr effektiv in Wärme um. In der Mitte liegt ein Kohlenstoffschaum, ganz unten ein Material, das Wärmeenergie als langwellige Infrarotstrahlung abgibt. Um mit dem Gerät heißen Dampf zu erzeugen, wird es in einer wärmeisolierten Box knapp über die Oberfläche eines Wasserbehälters angebracht.

Der Wasserkocher funktionier mit langwelliger Infrarotstrahlung. Quelle: dpa

Während Wasser die Sonneneinstrahlung schlecht absorbiert und sich nur langsam erwärmt, ist das bei langwelliger Infrarotstrahlung anders: Die Strahlung dringt weniger als 100 Mikrometer (tausendstel Millimeter) in die Wasseroberfläche ein und bringt das Wasser dort auf 100 Grad Celsius und zum Verdampfen.

Bis zu 146 Grad heißer Wasserdampf

Der Dampf wird dann durch den Kohlenstoffschaum geleitet, der wie ein Wärmetauscher funktioniert und den Dampf weiter aufheizt. Die Forscher konnten im Feldversuch Dampf mit einer Temperatur von 146 Grad Celsius erzeugen. Dabei brachten sie mit Hilfe eines gewölbten Spiegels extra viel Sonnenlicht auf das Gerät.

„Man könnte das Gerät soweit vergrößern, dass es in abgelegenen Regionen dazu verwendet werden kann, genug Trinkwasser für eine Familie zu erzeugen – oder um die Instrumente in einem Operationssaal zu desinfizieren“, sagte Cooper. Dazu braucht man 121 bis 135 Grad Celsius, um Mikroorganismen und ihre Sporen zuverlässig abzutöten.

Keine Verschmutzungen oder Verstopfungen

Die Apparatur ist eine Weiterentwicklung solarer Dampferzeuger der Arbeitsgruppe von Chen. In den früheren Konstruktionen schwamm ein schaumartiges Material im Wasser und brachte es in seinen Poren zum Verdampfen. Aber diese Poren setzten sich schnell mit Salz oder anderen im Wasser gelösten Stoffen zu. Deshalb gestalteten die Forscher diesmal einen berührungslosen Dampferzeuger: Da es reiner Wasserdampf ist, der durch den Kohlenstoffschaum geleitet wird, entstehen keine Verschmutzungen oder Verstopfungen.

Entsalzung von Meerwasser weltweit

Für den Betrieb der Apparatur ist kein elektrischer Strom notwendig, weshalb sie überall auf der Welt eingesetzt werden kann, etwa zur Meerwasserentsalzung. Schon mit einem einfachen gewölbten Spiegel, der das Sonnenlicht auf eine Stelle konzentriert, konnten die Wissenschaftler die Leistung des Geräts steigern.

Eine weitere Verbesserung erwarten sie, wenn sie den Kohlenstoffschaum durch Kupferschaum ersetzen. Denn Kupfer kann die Wärme deutlich effektiver an den Wasserdampf übertragen als Kohlenstoff. Nach Modellrechnungen kann damit der Wirkungsgrad der Apparatur von etwa 25 Prozent im Laborexperiment auf 41 Prozent erhöht werden.

Von RND/dpa

11.12.2018
11.12.2018