Überraschende Technologien könnten helfen, Zugang zu sauberem Wasser zu schaffen und die weltweite Wasserkrise zu lösen.
Nach Angaben der Vereinten Nationen haben mehr als 2 Milliarden Menschen auf der Welt keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Angesichts der natürlichen Wasserknappheit und der durch den Klimawandel verstärkten Dürren haben viele Menschen nur begrenzten Zugang zu Wasser, während andere unter verunreinigten Wasservorräten leiden. Viele haben mit beiden Problemen zu kämpfen.
Es gibt immer mehr phantasievolle Werkzeuge und Techniken, um Wasser zu gewinnen und es zu reinigen. Wissenschaftler haben Computer mit Mikrogehirnen entwickelt, die Giftstoffe erkennen können, sie haben Blei mit Strom aus H2O herausgeschüttelt und ein energiefreies Reinigungsgerät gebaut, das menschlichen Fehlern standhält.
Diese Technologien könnten letztlich die Gesundheit von Menschen auf der ganzen Welt schützen, sei es in Städten mit bleiverseuchten Rohren oder in ländlichen Gegenden, wo gemeinsame Brunnen versiegen können.
Wüstenpflücker
Eine der ergiebigsten Wasserquellen der Erde liegt im Verborgenen: die Luft.
Weniger als 0,001 Prozent der Feuchtigkeit in der Atmosphäre könnte jeden Menschen auf der Erde mit 50 Litern Wasser versorgen, so Omar M. Yaghi, PhD, der James und Neeltje Tretter Professor für Chemie an der University of California in Berkeley.
Yaghis Labor hat eine neue Methode entwickelt, um diese immense, unsichtbare Ressource zu erschließen.
Sie fügen Moleküle zu Strukturen zusammen, die einem Gerüst ähneln, wobei organische Moleküle als Streben und Metallatome als Gelenke dienen. Diese metallorganischen Gerüste, oder MOFs, haben eine riesige Oberfläche: zwei Fußballfelder groß, gefaltet in einer erbsengroßen Prise.
Yaghis Plexiglas-Wassersammler ist voll von MOFs, die selbst der trockensten Wüstenluft Wasser entlocken können. Die Box erwärmt sich, wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, wodurch die MOFs der Luft Feuchtigkeit entreißen, die später als trinkfertiges Wasser freigesetzt wird.
Laut Yaghi gibt es weltweit kein anderes Material als MOF, das Wasser aufnimmt und es auf diese Weise bei sehr niedriger Luftfeuchtigkeit wieder abgibt.
Mit nur 200 Gramm MOFs kann die solarbetriebene Box mehr als eine Gallone Wasser pro Tag ernten.
Die elektrische Version kann den Ernte- und Freisetzungszyklus den ganzen Tag über wiederholen.
Bio-Brain Toxin-Detektor
Mikroskopisch kleine, einzellige Organismen könnten den Schlüssel zu einem anderen Problem enthalten: einen einfachen Test für die Sicherheit von Wasser.
Mikroben haben sich so entwickelt, dass sie Giftstoffe im Wasser, die der Mensch nicht schmecken oder sehen kann, wie Arsen, E. coli und Blei, erkennen und sich davor schützen.
"Sie haben so etwas wie ein genetisches, molekulares Gehirn, das ihnen dabei hilft", sagt Dr. Julius B. Lucks, Professor und außerordentlicher Lehrstuhlinhaber für Chemie- und Bioingenieurwesen an der Northwestern University.
Mikroben verfügen über Biosensorproteine, auch Biosensoren genannt, die sich an Toxine anlagern, wodurch ein bestimmtes Gen aktiviert wird, beispielsweise eines, das Blei aus dem Organismus pumpt.
Die Forscher entdeckten, dass sie bestimmte Biosensoren extrahieren und die DNA neu verdrahieren konnten, um ein anderes Gen zu produzieren: eines, das in Gegenwart des Schadstoffs leuchtet.
Dann bearbeiteten sie weitere Biosensor-Proteine und gestalteten sie so um, dass sie auf bestimmte Verschmutzungsgrade reagieren.
Das Endprodukt ist ein tragbarer DNA-Computer: eine Reihe von Reagenzgläsern mit gefriergetrockneten Proteinen. Je höher die Verschmutzung in einer Wasserprobe ist, desto mehr Röhrchen leuchten auf.
Nur wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, setzen sich die fertigen DNA-Moleküle zusammen und erzeugen eine fluoreszierende Farbe, sagt Lucks. Das ist irgendwie magisch.
Fehlersicherer Chlor-Dispenser
Chlor ist ein wirksames Mittel zur Abtötung von Krankheitserregern im Wasser, aber es kann schwierig sein, es effektiv einzusetzen. Herkömmliche Methoden wie Chlortabletten und Dosiergeräte mit Knöpfen lassen viel Raum für menschliche Fehler.
Forscher des Tufts Institute of the Environment wollten die Anwendung von Chlor in gemeinschaftlichen Wasserquellen an Orten, an denen es keinen Strom gibt, vereinfachen.
Ihre elegante Lösung besteht aus nur zwei Komponenten: einem kleinen Kasten, der am Ende einer Wasserleitung angebracht wird, und einem mit flüssigem Chlor gefüllten Behälter.
Viele der gesundheitlichen Vorteile, die wir bei aufbereitetem Wasser festgestellt haben, setzen voraus, dass man sein Wasser ständig aufbereitet", sagt Julie E. Powers, die das Gerät während ihrer Zeit an der Tufts University entwickelt hat und jetzt an der UC Berkeley im Bereich Umwelttechnik promoviert.
Da der Kasten einen geringeren Durchmesser als das Rohr hat, kommt es zu einer Druckveränderung, wenn das Wasser durch ihn fließt. Durch diese Druckverschiebung, den so genannten Venturi-Effekt, wird Chlor aus dem Behälter in den Wasserstrom gezogen, so dass das Wasser automatisch ohne Strom behandelt wird.
Die Forscher installierten das Venturi-Gerät an Wasserkiosken in sieben Gemeinden in Bangladesch und Kenia, in denen der Zugang zu sauberem Wasser oft eingeschränkt ist. Nach einer sechsmonatigen Testphase entschieden sich fünf Gemeinden für den Kauf des Geräts.
Schockwasser-Therapie
Aufgeschreckt durch die Bleikrise in Flint, Michigan, haben Wissenschaftler und Studenten am Massachusetts Institute of Technology ihre Entsalzungstechnologie zur Entfernung von Schwermetallen umfunktioniert.
Sie hatten bereits herausgefunden, wie man Elektrizität nutzen kann, um Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen. Mit dieser Methode, der Schock-Elektrodialyse, können große Mengen Natrium aus dem Meerwasser entfernt werden. Natrium ist jedoch ein wesentlicher Bestandteil des Trinkwassers, wo es in viel geringeren Konzentrationen vorkommt, und Blei lässt sich nur schwer entfernen, ohne alles andere zu entfernen.
Blei ist sehr heikel. Wenn man versucht, es mit Hilfe von Elektrizität herauszufiltern, könnte es Spielchen spielen und an den Wänden oder der Oberfläche des verwendeten Systems haften bleiben, sagt Mohammad A. Alkhadra, Doktorand am Department of Chemical Engineering des Massachusetts Institute of Technology.
Ihre Technologie beruht auf elektrisch geladenen porösen Materialien wie mikroskopisch kleinen Glasstücken, die in einem Filtergehäuse eingeschlossen bleiben, wie die Aktivkohle in einem Brita-Filter, und entfernt 95 Prozent des Bleis.
Diese Stoffe erhöhen die elektrische Leitfähigkeit des Wassers, setzen Natrium- und Metallionen in Bewegung und hinterlassen eine gereinigte Zone. Nur das reine Wasser aus dieser Zone wird in einen Trinkwassertank geleitet.
Ich bin mit Wasser aufgewachsen und habe seinen Wert erkannt", sagt Alkhadra, der in Saudi-Arabien aufgewachsen ist, einem Land, das von Wasserknappheit geplagt wird.
Da immer mehr Menschen mit schwindenden und verunreinigten Wasservorräten konfrontiert sind, ist dies eine Mentalität, die viele übernehmen müssen.
