Kieler Material gewinnt Wasser aus der Luft – und kühlt effizienter als heutige Systeme
Ein Forschungsteam aus der Anorganischen Chemie der Christian-Albrechts-
Universität zu Kiel (CAU) entwickelt gezielt poröse Materialien, um Wasser
aus der Luft zu gewinnen und energieeffiziente Kühlung zu ermöglichen.
Jetzt ist es dem Team gelungen, sie erstmals in größerem Maßstab
herzustellen und damit einen wichtigen Schritt in Richtung industrieller
Anwendung zu gehen.
Forschende aus der Chemie und den Materialwissenschaften der CAU arbeiten
gemeinsam mit weiteren Partnern daran, neue Wasserquellen für den
Mittelmeerraum zu erschließen. „Regionen wie diese kämpfen mit steigenden
Temperaturen und sinkenden Niederschlagsmengen. Wir wollen eine
umweltfreundliche Technologie entwickeln, um Wassermoleküle aus der Luft
in Trinkwasser umzuwandeln“, sagt Professor Norbert Stock vom Institut für
Anorganische Chemie. „Zwei neue Studien, die wir kürzlich in ‚Journal of
Materials Chemistry A‘ und Industrial & Engineering Chemistry Research‘
veröffentlicht haben, zeigen wie man große Mengen des Materials
hergestellt hat und die Effizienz von Kühlanalgen verbessert werden kann.“
Außerdem stellt das Team einen neuen Ansatz vor, mit dem die Forschenden
Wasser aus der Luft effizienter und schneller zugänglich machen können,
als mit bisherigen Materialsystemen.
Ein Material wie ein Schwamm – mit Hightech-Struktur
Ähnlich wie ein Schwamm nehmen Materialien aus der Klasse der Metall-
organischen Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks, MOFs) in kurzer
Zeit viel Wasser auf und können es auch schnell wieder abgeben. Möglich
macht das ihre extrem poröse Struktur mit unzähligen fein vernetzten
Hohlräumen: Die Grundlagenarbeit dazu wurde im Jahr 2025 mit dem
Nobelpreis für Chemie gewürdigt.
In Kiel optimiert Stocks Team die Synthese des MOFs „CAU-10-H“ gezielt für
die Wasseraufnahme und Wärmetransformation – benannt nach dem
Entwicklungsort an der Kieler Universität, der Materialnummer und dem
Elementsymbol von Wasserstoff. Es bindet bereits bei Raumtemperatur
oberhalb von 18 % relativer Luftfeuchtigkeit Wassermoleküle in seinem
Porensystem und setzt sie bei etwa 70 °C wieder frei. Indem die
Forschenden sie mit leitfähigen Kohlenstoffstrukturen kombinieren, lässt
sich dieser Prozess zusätzlich beschleunigen. Dieses Kompositmaterial
lässt sich gezielt durch Strom oder Sonnenlicht erwärmen. Dadurch gibt es
aufgenommenes Wasser besonders schnell wieder ab und arbeitet in kurzen,
wiederholbaren Zyklen. Unter trockenen Bedingungen gewinnt das System
kontinuierlich Trinkwasser aus der Luft und erreicht eine Wasseraufnahme
von bis zu 0,17 g Wasser pro g Material. Die Zyklen dauern wenige Stunden
und ermöglichen einen effizienten und kontinuierlichen Betrieb. Unter
diesen Bedingungen kann man mit CAU-10-H potentiell bis 1,8 Liter Wasser
pro Tag und Kilogramm Kompositmaterial aus Luft gewinnen. „Dies macht
seinen Einsatz für die Trinkwassergewinnung auch in trockenen Regionen
interessant“, sagt Erstautor Lasse Wegner.
Parallel zeigt CAU-10-H auch großes Potenzial für die Kühlung: In
Adsorptionskälteanlagen erreicht es eine bis zu dreifach höhere
Kühlleistung im Vergleich zu Silicagel, einem weit verbreiteten
Trockenmittel auf Basis von Siliciumdioxid. Solche Systeme könnten künftig
Abwärme nutzen, etwa von Rechenzentren oder Bäckereien. Das würde den
Energieverbrauch solcher Klimaanlagen im Vergleich zur herkömmlichen
Technologie deutlich senken und Kühlung nachhaltiger machen.
Vom Labor zur industriellen Produktion
„Wir haben CAU-10-H bereits vor rund 15 Jahren entdeckt, seine Anwendung
wurde seitdem weltweit erforscht“, sagt Stock, der seit über zwei
Jahrzehnten auf dem Gebiet der MOFs forscht.
Unterstützt durch den Validierungsfond der CAU Kiel gelang nun die
Übertragung der Herstellung in den Technikumsmaßstab – den Zwischenschritt
vom Labor zur industriellen Produktion. Unter Leitung von Kalle Mertin
produzierte das Team rund 30 kg Material, etwa 60-mal mehr als zuvor im
Labor. Parallel optimierten die Forschenden die Prozesse weiter und
konnten anhand einer techno-ökonomische Analyse zeigen, dass die
Produktionskosten auf etwa 12 bis 14 US-Dollar pro Kilogramm gesenkt
werden können.
„Damit rückt der Einsatz unserer Materialien in realen Anwendungen in
greifbare Nähe“, sagt Stock. „Wir zeigen, dass sie nicht nur im Labor
funktionieren, sondern auch wirtschaftlich skalierbar sind.“
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Norbert Stock
Universität Kiel
Institut für Anorganische Chemie
Tel. 0431/880-1675
E-Mail:
Web: www.ac.uni-kiel.de
Originalpublikation:
Wegner, L., et al. (2026): „Electrically conductive MOF@carbon foam
composites for atmospheric water harvesting through internal Joule heating
and light irradiation“; Journal of Materials Chemistry A, doi:
10.1039/D6TA00544F.
Mertin, K. S., et al. (2026): „CAU-10-H: Synthesis Scale-Up at the Pilot
Scale, Techno-Economic Analysis, and Application in a Full-Scale Cooling
System“; Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(13), doi:
10.1021/acs.iecr.5c05308
