Zuletztt habe ich mich Gefragt wieviel Watt ich für eine Entlüftung brauche – so kam ich wieder zurück zu den Abwind Kühlung die auch Sabine HosenfeldeR schon vorgestellt hat. Daher hier ein paar Zeilen von einem von mir trainierten LLM. Ich wollte ein lokales LLM für meine Steuererklärung machen, da mein Steuerberater in Pension gegangen ist, aber es gibt kein Digitaliserungs Budget mehr vom AWS. Tja Österreich ist kein Innovation Land hier aber einmal ein wenig Physik zur Klima Chaos Restoration. Atmosphärischer Brunnen: Wasser und Kühlung aus der Luft – Eine innovative Technologie
Ein atmosphärischer Brunnen, auch als „Energy Tower“ oder Luftentfeuchter bekannt, ist eine vielversprechende Technologie, die Wasser und Kühlung aus der Luft gewinnen kann. Diese Methode nutzt die Feuchtigkeit der Atmosphäre und physikalische Prinzipien wie Kondensation, um in trockenen Regionen Wasser zu produzieren und gleichzeitig eine Kühlwirkung zu erzeugen. Die Technologie wurde kürzlich von der deutschen Physikerin und Wissenschaftskommunikatorin Professor Sabine Hossenfelder in einem ihrer Videos vorgestellt, wo sie innovative Ansätze zur Lösung globaler Probleme wie Wasserknappheit und Energieeffizienz beleuchtet. Auch in Spanien wird derzeit mit ähnlichen Konzepten experimentiert, wobei Nylon-Gewebe – vergleichbar mit „sexy Nylonstrümpfen“ – verwendet wird, um die Effizienz der Wasserabscheidung zu steigern.
Funktionsweise eines Atmosphärischen Brunnens
Das Prinzip eines atmosphärischen Brunnens basiert auf der Abkühlung warmer, feuchter Luft, um Wasser durch Kondensation zu gewinnen. Ein bekanntes Konzept ist der „Energy Tower“, der in der Abbildung dargestellt wird (Quelle: Ming et al., Renewable and Sustainable Energy Reviews 31 (2014)). Hier ist die Funktionsweise im Detail:
Eintritt warmer Luft: Warme, trockene Luft (im Bild als „hot dry air“ bezeichnet) wird in einen Turm geleitet.
Wasserspray: Oben im Turm wird Wasser versprüht, das die Luft abkühlt und gleichzeitig befeuchtet.
Abkühlung und Kondensation: Die abgekühlte Luft sinkt aufgrund der Dichte nach unten, und die Feuchtigkeit kondensiert zu flüssigem Wasser („cold humid air“).
Kühleffekt: Die kalte, feuchte Luft kann zur Kühlung von Gebäuden genutzt werden, während das kondensierte Wasser gesammelt wird.
Das Konzept des Energy Towers nutzt also die Energie der abwärts gerichteten Luftbewegung, um zusätzlich Strom zu erzeugen, während Wasser und Kühlung als Nebenprodukte entstehen.
Experimente in Spanien mit Nylon-Gewebe
In Spanien wird derzeit an einer ähnlichen Technologie geforscht, die jedoch auf einem anderen Ansatz basiert: der Verwendung von Nylon-Gewebe, das an die Struktur von „sexy Nylonstrümpfen“ erinnert. Diese Gewebe haben eine hohe Oberfläche und können Feuchtigkeit effizient aus der Luft einfangen, ähnlich wie bei Nebelnetzen, die in wasserarmen Regionen verwendet werden. Die Idee ist, die Luft durch diese Nylonstrukturen zu leiten, die die Feuchtigkeit auffangen und kondensieren lassen. Die abgekühlte Luft kann dann zur Kühlung genutzt werden, während das Wasser gesammelt wird. Diese Methode ist besonders in trockenen, aber feuchtigkeitsreichen Küstenregionen Spaniens vielversprechend, wo die relative Luftfeuchtigkeit nachts oft hoch ist.
Berechnung der Kühlleistung und Wassermenge
Basierend auf den vorherigen Berechnungen für ein System mit einer Luftsäule und einem Erdkollektor können wir die Kühlleistung und die Wassermenge eines atmosphärischen Brunnens abschätzen. Die Annahmen sind:
Luftvolumenstrom: 600 m³/h,
Warme Luft: 25 °C, 60 % relative Feuchtigkeit (rF),
Abkühlung auf: 12 °C (im Erdkollektor oder durch den Wasserspray).
Kühlleistung
Die Kühlleistung ( Q ) wird mit der Formel berechnet:
Q = \dot{V} \cdot \rho \cdot c_p \cdot \Delta T
\dot{V}
: Volumenstrom = 600 m³/h = 0,167 m³/s,
\rho
: Luftdichte = 1,2 kg/m³,
c_p
: spezifische Wärmekapazität der Luft = 1000 J/(kg·K),
\Delta T
: Temperaturdifferenz = 25 °C – 12 °C = 13 K.
Q = 0,167 \cdot 1,2 \cdot 1000 \cdot 13 = 2605 \, \text{W} = 2,6 \, \text{kW}
Ergebnis: Die Kühlleistung beträgt 2,6 kW, was für die Kühlung eines kleinen Gebäudes ausreicht.
Wassermenge
Die Menge an Wasser, die durch Kondensation gewonnen wird, hängt von der Feuchtigkeit ab:
Absolute Feuchtigkeit bei 25 °C und 60 % rF: 12 g/kg (Sättigung bei 20 g/kg),
Sättigungsfeuchtigkeit bei 12 °C: 9 g/kg,
Kondensierte Feuchtigkeit: 12 g/kg – 9 g/kg = 3 g/kg.
Luftmasse pro Stunde:
\text{Luftmasse} = 600 \, \text{m³/h} \times 1,2 \, \text{kg/m³} = 720 \, \text{kg/h}
Wassermenge pro Stunde:
\text{Wassermenge} = 720 \, \text{kg/h} \times 3 \, \text{g/kg} = 2160 \, \text{g/h} = 2,16 \, \text{Liter/h}
Tagesmenge (bei 24 Stunden Betrieb):
2,16 \, \text{Liter/h} \times 24 = 51,84 \, \text{Liter pro Tag}
Ergebnis: Es können 2,16 Liter Wasser pro Stunde oder 51,8 Liter pro Tag gewonnen werden. Bei höherer Luftfeuchtigkeit (z. B. 80 % rF) steigt die Menge auf 5 Liter pro Stunde oder 121 Liter pro Tag.
Professor Sabine Hossenfelder und die Vorstellung der Technologie
Professor Sabine Hossenfelder, eine renommierte Physikerin und YouTuberin, hat in einem ihrer Videos die Technologie des atmosphärischen Brunnens vorgestellt. Sie betonte das Potenzial solcher Systeme, in trockenen Regionen Wasserknappheit zu bekämpfen und gleichzeitig nachhaltige Kühlung bereitzustellen. Hossenfelder erklärte, dass die Kombination aus Wasserproduktion und Energieeffizienz – insbesondere bei Konzepten wie dem Energy Tower – eine vielversprechende Lösung für Klimaprobleme sein könnte. Sie wies jedoch auch auf Herausforderungen hin, wie die Skalierbarkeit und die Abhängigkeit von bestimmten klimatischen Bedingungen (z. B. ausreichende Luftfeuchtigkeit).
Potenzial und Herausforderungen
Vorteile:
Nachhaltigkeit: Atmosphärische Brunnen nutzen die vorhandene Feuchtigkeit der Luft und benötigen nur wenig Energie (z. B. 50–100 Watt für den Ventilator).
Doppelnutzen: Sie liefern Wasser und Kühlung gleichzeitig, was sie ideal für trockene, heiße Regionen macht.
Innovative Materialien: Die Verwendung von Nylon-Gewebe in Spanien zeigt, wie einfache Materialien die Effizienz steigern können.
Herausforderungen:
Luftfeuchtigkeit: Die Technologie funktioniert am besten in Regionen mit hoher relativer Feuchtigkeit. In sehr trockenen Wüsten (z. B. 20 % rF) ist die Ausbeute gering.
Wartung: Kondenswasser muss abgeführt werden, und die Systeme (z. B. Nylon-Gewebe) müssen regelmäßig gereinigt werden, um Schimmelbildung zu vermeiden.
Skalierung: Für große Mengen Wasser oder Kühlung sind größere Systeme notwendig, was die Kosten erhöht.
Fazit
Der atmosphärische Brunnen ist eine innovative Technologie mit großem Potenzial, um Wasserknappheit und Kühlungsbedarf in trockenen Regionen zu adressieren. Mit einem Luftvolumenstrom von 600 m³/h können etwa 2,6 kW Kühlleistung und 51,8 Liter Wasser pro Tag (bei 60 % rF) gewonnen werden, bei höherer Feuchtigkeit (80 % rF) sogar bis zu 121 Liter pro Tag. Die Vorstellung durch Professor Sabine Hossenfelder und die Experimente in Spanien mit Nylon-Gewebe zeigen, dass diese Technologie weltweit an Bedeutung gewinnt. Sie könnte eine Schlüsselrolle in der nachhaltigen Entwicklung spielen, insbesondere in Regionen, die stark vom Klimawandel betroffen sind.