Ein Solarmodul kann einen Teil seiner Wärme für die Wassergewinnung abgeben. Eine am 1. September veröffentlichte Studie in Nature Water ergänzt diese Verbindung um die Gewinnung von Lithium und Uran aus Meerwasser. Das macht die gemeinsame Nutzung einer Anlage interessant. Ob daraus eine wirtschaftliche Versorgung wird, hängt jedoch davon ab, was die zusätzlichen Produkte im Betrieb kosten und tatsächlich wert sind.
Die Wärme bekommt eine zweite Aufgabe
Die Verbindung von Solarstrom und Wasser ist älter als der neue Versuch. Bereits 2019 demonstrierte ein Forschungsteam an der KAUST, wie sich hinter einer Solarzelle mehrere Stufen zur Wassergewinnung anordnen lassen. Wärme treibt die Verdunstung an. Der Wasserdampf kondensiert anschließend, wird also wieder flüssig. Dabei gibt er Wärme ab, die in der nächsten Stufe erneut genutzt werden kann.
Der Nutzen liegt in dieser Wiederverwendung. Dieselbe Solarfläche liefert Strom und stellt zugleich Wärme bereit, die sonst an die Umgebung abgegeben würde. Mehrere Stufen können einen größeren Teil davon nutzen. Sie erzeugen keine zusätzliche Energie; auf dem Weg durch das System geht weiterhin Wärme verloren. Ein leistungsfähiger Aufbau muss deshalb Verdunstung, Kondensation und Wärmeübertragung zusammenbringen.
Die neue Arbeit ergänzt das Prinzip durch Materialien, die bestimmte gelöste Stoffe binden. Der experimentelle Aufbau gewinnt so neben Wasser und Strom auch Lithium und Uran. Das ist eine Erweiterung des Systems, keine erstmalige gemeinsame Erzeugung von Strom und Wasser.
Der richtige Vergleich ist die gesamte Versorgung
Für die Einordnung reicht es nicht, eine solche Anlage mit einem ungenutzten Solarmodul zu vergleichen. Als Alternative kann Solarstrom auch eine separate Entsalzung antreiben. Eine unabhängige Übersichtsarbeit in Science Advances erklärt den entscheidenden Unterschied: Bei der Umkehrosmose wird Wasser unter Druck durch eine Membran geführt. Dafür muss nicht erst die gesamte gewonnene Wassermenge verdampft werden.
Die Autoren sehen die Kombination aus Photovoltaik und Umkehrosmose bei der Energieeffizienz gegenüber solarthermischer Entsalzung im Vorteil. Die Arbeit stammt von 2019 und ist kein direkter Test des neuen Mehrproduktsystems. Sie liefert aber den passenden Maßstab: Mehr Funktionen in einem Gerät bedeuten noch nicht, dass es jede Aufgabe günstiger erfüllt als spezialisierte Technik.
Für kleine Anlagen ohne vorhandene Infrastruktur können wiederum andere Eigenschaften zählen. Dieselbe Übersicht nennt Kosten und einfache Wartung als wichtige Kriterien. Eine energieeffizientere Lösung ist nicht automatisch die passendere, wenn sie sich am konkreten Ort nur schwer betreiben oder instand halten lässt.
Zusatzprodukte bringen auch zusätzliche Pflichten
Wie stark der Betrieb das Ergebnis prägt, zeigte die KAUST bei einer Weiterentwicklung 2021. Das Team veränderte unter anderem Dicke und Porosität der Membranen. Hinzu kamen eine durch Schwerkraft gespeiste Wasserzufuhr und ein Gewebe zum Abtransport von Salzen. Solche unscheinbaren Bauteile bestimmen mit, ob Wärme, Wasser und gelöste Stoffe dauerhaft die vorgesehenen Wege nehmen.
In der neuen Studie werden die Kosten auf mehrere Produkte verteilt. Die Rechnung hängt unter anderem von der Lebensdauer der wasserführenden Materialien ab. Die Autoren benennen ausdrücklich, dass eine langfristige Prüfung im Feld noch fehlt. Der angesetzte lange Betrieb ist damit eine Annahme, kein beobachteter Ertrag über viele Jahre.
Die sinnvolle nächste Prüfung betrachtet deshalb den gesamten Standort: Welche Produkte werden dort gebraucht, welche können verwertet werden, und wer hält die Anlage instand? Die Kopplung ist dann überzeugend, wenn der zusätzliche Nutzen auch den zusätzlichen Aufwand trägt. Für eine solche Bewertung bleiben Vergleichsanlagen und längere Betriebsdaten ebenso wichtig wie der erfolgreiche Versuch.
Quellen
- Yu et al.: Solar-powered resource separator for clean water production, electricity generation and critical resource recovery, Nature Water, 1. September 2026
- Wang et al.: Simultaneous production of fresh water and electricity via multistage solar photovoltaic membrane distillation, Nature Communications, 9. Juli 2019
- Wang et al.: Pathways and challenges for efficient solar-thermal desalination, Science Advances, 26. Juli 2019
- KAUST: Getting smart about off-grid desalination, 3. August 2021
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