Wie Wasser aus der Luft die Wassersicherheit neu gestalten könnte

Die Infrastruktur für Versorgungsunternehmen wie Strom und Energie im Allgemeinen wandelt sich zunehmend von einem zentralisierten Modell (ein großes Kraftwerk, zehntausende Kunden) zu einem dezentralen, bei dem Technologien wie Photovoltaik und kleine Windturbinen kleinen Produzenten ermöglichen, die Energieunabhängigkeit selbst in die Hand zu nehmen.

Ein ähnlicher Prozess könnte beim Wasser eintreten, da die Produktion von Wasser aus atmosphärischer Feuchtigkeit immer wirtschaftlich rentabler wird. Dies wird die kommunalen Systeme für große Städte nicht ersetzen, könnte jedoch die Gleichung für die Wassersicherheit radikal verändern, insbesondere in abgelegenen Gebieten oder Entwicklungsländern, auf dieselbe Weise, wie die dezentrale Stromerzeugung mit Solarpaneelen dies getan hat. Damit wird es zu einer glaubwürdigeren ergänzenden Technologie für resiliente, netzunabhängige und gebäudeintegrierte Wasserversorgung.

Das Potenzial dieser Technologie wurde kürzlich in einer Studie von Forschern der BRAC University (Bangladesch) und der Swinburne University of Technology (Australien) analysiert. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in Applied Thermal Engineering¹ unter dem Titel “Aus Luft zu Wasser: Wissenschaft, Technologie und Zukunft der atmosphärischen Wassergewinnung (AWH)”.

Wasser aus dünner Luft?

Im Allgemeinen ist Süßwasser eine seltene Ressource auf der Erde, wobei der überwiegende Teil des Wassers in den Ozeanen als Salzwasser gebunden ist und das meiste Süßwasser in Gletschern, hauptsächlich über Grönland und Antarktika, gespeichert ist.

Quelle: OpenEdu

Dieses Problem ist natürlich in Wüsten- und Trockenregionen am akutesten, aber nicht ausschließlich dort.

„Wassermangel ist nicht nur ein Problem in trockenen Regionen; selbst wasserreiche Gebiete erleben saisonale Engpässe aufgrund schlechter Wasserbewirtschaftung und Klimaschwankungen. Die Situation wird sich voraussichtlich durch den Klimawandel, Bevölkerungswachstum, industrielle Expansion und übermäßige Grundwasserentnahme verschärfen.“

Derzeit leben mehr als 1,6 Milliarden Menschen in Städten, die mit Wasserknappheit konfrontiert sind, und diese Zahl wird sich in den nächsten drei Jahrzehnten voraussichtlich verdoppeln, da Verschmutzung und Übernutzung der Grundwasserressourcen das Problem verschärfen.

„Regionen wie Indien, der Nahe Osten, Nordafrika und Teile der Vereinigten Staaten verzeichnen alarmierende Rückgänge der Grundwasserspiegel aufgrund von Übernutzung. In vielen Fällen können Aquiferen nicht mehr regenerieren, was zu dauerhaftem Süßwasserverlust führt.“

Wasserdestillation ist eine Option für Küstenregionen, aber dies ist ein sehr energieintensiver Prozess, der auch maritime Ökosysteme schädigen kann. Einige Innovationen rund um Solarenergie und Wasserstoff-Kogeneration mit Süßwasser könnten helfen, doch ist dies noch in Arbeit.

Destilliertes Wasser enthält oft noch Konzentrationen von Bor, Chlorid und Natrium, die die Toleranzschwellen von Nutzpflanzen überschreiten können. Und die Destillation ist notwendigerweise ein sehr zentralisierter, infrastrukturschwerer Prozess.

Quelle: Applied Thermal Engineering

Aus diesem Grund wird Atmospheric Water Generation (AWG) stattdessen als Technologie betrachtet, die Feuchtigkeit aus der Luft extrahiert und in nutzbares Wasser umwandelt, da atmosphärisches Wasser bereits Süßwasser ist.

Dies ist nicht völlig neu, da Zivilisationen in trockenen Regionen rudimentäre Methoden wie Tauernte, Nebelsammeln und passive Kondensationstechniken nutzten. Methoden, die auf Kompression und Elektrizität basieren, existieren ebenfalls, wurden jedoch bislang nicht in großem Maßstab eingesetzt. Neue Verfahren entstehen jedoch.

Insgesamt ist diese Technologie nicht durch Geografie oder bestehende Wasserquellen begrenzt, was sie ideal macht für:

• Wüstenregionen, in denen Niederschlag selten ist.
• Abgelegene Gemeinschaften ohne Wasserinfrastruktur.
• Gebiete nach Katastrophen, in denen die Wasserversorgung unterbrochen wurde.

Wie funktioniert atmosphärische Wassergewinnung?

Atmospheric Water Harvesting (AWH) arbeitet hauptsächlich über zwei Mechanismen: kühlungsbasierte Kondensation und sorptionsbasierte Wasserextraktion.

Kondensationsbasierte Methoden ähneln dem Funktionsprinzip einer Wärmepumpe, wobei der Fokus des Designs darauf liegt, die Wasser­kondensation zu maximieren:

„Feuchte Umgebungsluft wird auf eine Temperatur unter ihren Taupunkt abgekühlt, wodurch Wasserdampf zu Flüssigkeitströpfchen auf einer gekühlten Oberfläche kondensiert, die dann als Trinkwasser gesammelt werden.“

Quelle: Applied Thermal Engineering

Bei sorptionsbasierter Wasserextraktion wird ein desiccierendes Material verwendet, das Dampf aufnimmt, und das Wasser wird durch natürliche Temperaturschwankungen freigesetzt.

Unter anderen Systemen können radiative Tauernte genannt werden, bei der spezialisierte Paneele die Kondensation durch passive Strahlungs­kühlung ermöglichen, sowie Nebelsammeln, das netzartige Strukturen nutzt, um in Nebel schwebende Wassertropfen zu fangen und zu koagulieren.

Sorption, radiative und Nebelsammeln sind alles passive Methoden, die natürliche Phänomene wie direkte Sonneneinstrahlung oder thermische Gradienten ausnutzen und keine Hochleistungsenergie benötigen.

Hybrid‑Systeme existieren ebenfalls, die passive Methoden mit aktiven Vapor Compression Refrigeration Cycle (VCRC) oder thermoelektrischer Kühlung kombinieren.

Was die Studie ergab

Zunächst analysierte die Studie das geografische Potenzial von AWH und stellte fest, dass die Feuchtigkeitskonzentration von Bruchteilen eines Gramms Wasser in Polargebieten bis zu mehreren Zehn Gramm pro Kubikmeter in heißen, feuchten Klimazonen variieren kann.

Allerdings reicht die relative Luftfeuchtigkeit allein nicht aus und ist nicht das einzige bestimmende Kriterium, besonders für passive Systeme. Temperatur, absolute Feuchtigkeitsmenge, Sonneneinstrahlung und lokale Energiekosten bestimmen die technische und wirtschaftliche Machbarkeit des AWH‑Systems.

Die Kosten des Systems selbst können ebenfalls ein entscheidender Faktor für die Akzeptanzraten sein, insbesondere in Regionen mit schlechtem Zugang zu Kapital.

Sorptionsbasierte Wassergewinnung

Sorptionsbasierte Systeme nutzen bestimmte Materialien wie Silicagel, Zeolithe und Metall‑organische Gerüste (MOFs), die selbst bei niedriger Luftfeuchtigkeit Wasser­dampf effizient aus der Luft absorbieren können.

Durch ihre höhere Kosten‑ und Energieeffizienz im Vergleich zur kondensationsbasierten Methode verleiht die Sorption dem Konzept der atmosphärischen Wassergewinnung neuen Auftrieb.

Quelle: Applied Thermal Engineering

Moderne Varianten dieser Systeme integrieren jetzt Hochtemperatur‑Luftzufuhr‑Mechanismen, die über doppelseitige Vakuumrohr‑Kollektoren bis zu 128 °C erreichen können, wodurch eine effiziente Regeneration des Desiccants selbst bei unregelmäßiger Sonneneinstrahlung gewährleistet wird. Einige Designs erzielten Erträge von 4,40 L/Tag bei reduzierten Kosten von 0,092 $/L.

„Hydrierbare Kern‑Schale‑Polymernetzwerke, die unter Sonnenlicht sogar bei niedriger Luftfeuchtigkeit 6,5 Liter Wasser pro Kilogramm Material pro Tag ernten können.“

Die passive Natur dieser Systeme, die vollständig solar betrieben werden können, erleichtert die Installation, insbesondere da sie zudem wenig Wartung und geringe technische Anforderungen benötigen.

Messung von Verschmutzung ist entscheidend

Wie bei jeder Wasserquelle ist es wichtig, sicherzustellen, dass keine bakterielle Kontamination auftritt. Da das Wasser jedoch aus der Luft gewonnen wird, können auch Luftverschmutzungen aufgenommen werden.

Dies ist besonders ein Problem für die Aufnahme flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Hier erzielt die salzbasierte Sorption (SAWH) eine überlegene Wasserqualität mit deutlich niedrigeren VOC‑Konzentrationen als traditionelle kondensationsbasierte atmosphärische Wasser­generatoren (AWGs).

Weitere potenzielle Metalle, gelöste Verunreinigungen und systembedingte Kontaminationen müssen ebenfalls gemessen und überwacht werden, damit das Wassergewinnungssystem vertrauenswürdig und sicher breit eingesetzt werden kann.

Ein integrierter Ansatz

Ein Hybridsystem kann zudem Phasenwechselmaterialien (PCM) integrieren, um das thermische Management und die betriebliche Stabilität zu verbessern. PCM kann überschüssige thermische Energie während Phasen hoher Sonneneinstrahlung speichern und sie während Perioden niedriger Strahlung wieder freigeben, was einen verlängerten Betrieb und eine verbesserte Energienutzung ermöglicht.

Beispielsweise erreichte ein System einen maximalen Wasserertrag von 4,25 L/Tag und Produktionskosten von etwa 0,11 $/L.

Die Autoren der Studie empfehlen einen ganzheitlicheren Ansatz statt einer Fokussierung auf eine einzelne Technologie.

Beispielsweise können AWH‑Systeme in stärker entwickelten Regionen, indem sie Feuchtigkeit aus Zu- oder Umluft extrahieren, als aktive Entfeuchtungs‑Module fungieren, die die latente Wärmebelastung primärer Klimaanlagen erheblich reduzieren. Dadurch produzieren sie nicht nur Süßwasser, sondern senken auch den Energieverbrauch von HVAC‑Systemen.

Ein solcher Dual‑Output kann die Levelized Cost of Water (LCW) drastisch verbessern und die wirtschaftliche Gleichung über Anwendungsfälle in abgelegenen oder armen Regionen hinaus verändern.

Empfehlungen für die AWH‑Einführung

Kondensationsbasierte AWH‑Systeme erzielen den höchsten Wasserertrag und sind daher attraktiv für Anwendungen, bei denen ein hoher Wasseroutput essenziell ist, etwa im Wohn‑ oder Industriebereich.

Sorptionsbasierte AWH‑Systeme sind besonders nützlich in klimatisch trockenen Regionen, in denen traditionelle Kondensationsmethoden versagen. Allerdings können teure Sorptionsmaterialien (wie MOFs oder Desiccant‑Komposite) die Betriebskosten erhöhen. Fortgeschrittenere Materialien wie Hydrogele bieten mehr Potenzial, aber die Forschung begann erst 2023.

Hybride AWH‑Systeme zeigen hohe Werte beim Wasserertrag und bei der Klima‑Anpassungsfähigkeit, wodurch sie vielseitige Lösungen für unterschiedliche Umweltbedingungen darstellen. Sie erfordern jedoch eine sorgfältige Integration mehrerer Komponenten (z. B. Sorbentien, Kühleinheiten, Steuerungssysteme), was Design‑ und Wartungskosten erhöht.

AWH‑Markt & Zukunft

Die kurzfristige Chance für atmosphärische Wassergewinnungs‑Systeme liegt wahrscheinlich bei abgelegenen Einrichtungen, Katastrophen‑Reaktion, Insel‑Infrastruktur und Militär/Logistik, da diese Anwendungsfälle am ehesten dringende, nicht durch Entsalzung, lange Leitungen oder Grundwasser gedeckte Wasserbedarfe haben. In diesen Fällen kann der Bau alternativer Infrastrukturen oder die geringere Kostenoptimierung dazu führen, dass AWH‑Systeme in größerer Stückzahl gebaut werden, was die Skalierung und Reifung dieser Technologie unterstützt.

Langfristig dürften Industrieanlagen und hochfeuchte städtische Gebäude einen viel größeren Markt bieten, besonders da fortschrittliche Sorbentien wie Hydrogel und hybride Systeme zusätzliche Effizienz durch Kombination mit bestehenden HVAC‑Systemen bringen. Dies kann zusätzliche kostengünstige Wasserversorgung bereitstellen, wird jedoch keinen massiven Ersatz für zentrale Wassernetzwerke darstellen, sondern eher ein sehr nützliches Komplement zu bereits knappen und stark beanspruchten Ressourcen.

Investieren in Wassergewinnung

Carrier Global

Carrier ist ein führendes Unternehmen im Bereich HVAC (gewerblich und privat), Kühlkette und Feuer‑ & Sicherheit, mit über 58.000 Mitarbeitenden. Das Unternehmen wurde 1915 gegründet, 1979 von United Technologies übernommen und 2020 wieder ausgegliedert, vor der Fusion von United Technologies mit Raytheon.

Obwohl es nicht ausschließlich Wärmepumpen verkauft, ist dies eine Produktkategorie, auf die sich das Unternehmen konzentriert und die es als Zukunft der Branche ansieht. Es umfasst die Marke Carrier, aber auch andere große Marken wie das HVAC‑Geschäft von Toshiba (erworben 2022) und Viessmann.

Der Schwerpunkt liegt hauptsächlich auf den Amerikas, wobei HVAC mehr als die Hälfte des Umsatzes ausmacht.

Carrier verfügt über eine installierte Basis von über 330.000 gewerblichen HVAC‑Einheiten, 33 Millionen privaten HVAC‑Einheiten, 1,8 Millionen Kälteanlagen und über 90 Millionen Feuer‑ und Sicherheitssystemen. Es expandiert zudem in den Batteriespeicherbereich unter der Marke Viessmann.

Carrier ist kein reines Unternehmen für atmosphärische Wassergewinnung. Als Marktführer im HVAC‑Bereich würde es jedoch direkt von Märkten profitieren, die sich zu gebäudeintegrierten Systemen bewegen, bei denen Wassergewinnung latente Kühllasten ausgleichen, Abwärme zurückgewinnen und Teil intelligenter Gebäudetechnik werden kann.

Das Unternehmen hat sich zudem verpflichtet, seine Treibhausgas‑Emissionen (THG) bis 2030 drastisch zu reduzieren, was es zu einer guten Aktie für Investoren macht, die nach Exposure im Bereich Klimakontrolle und nachhaltige Entwicklung suchen.

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Studie zitiert

^{1. Gourab Saha. Aus Luft zu Wasser: Wissenschaft, Technologie und Zukunft der atmosphärischen Wassergewinnung (AWH). Applied Thermal Engineering. Datum: August 2026. Artikel: 132073. Band: Band 302, Teil 5. 10.1016/j.applthermaleng.2026.132073}