Technologie erzeugt Wasser im Death Valley oder extrahiert es aus der Luft, steht aber vor dem Fluch von Jevons | Technologie

Nach Angaben der Vereinten Nationen gibt es Wasser für alle Menschen auf der Erde, und dennoch sind zwei Milliarden Menschen von der Knappheit betroffen, denen es körperlich an Wasser oder an der nötigen Infrastruktur mangelt, um davon zu profitieren. Die Lösungen sind technologischer Natur: Meer- und Grundwasser nutzen, Abwasser wiederverwenden, die Effizienz bei Verteilung und Verbrauch verbessern und es in der Atmosphäre kondensieren. Die neuesten Forschungsergebnisse veröffentlicht von Natur Diesen August zeigen sie, dass es ihnen gelungen ist, im Death Valley, der Enklave der kalifornischen Mojave-Wüste, die als einer der heißesten Orte der Welt gilt, Wasser zu erzeugen, es aus dem Nebel zu fangen und es gleichzeitig zu reinigen oder Spinnen und Käfer nachzuahmen um es einzusammeln. Diesen Fortschritten steht jedoch ein Fluch gegenüber, den William Stanley Jevons vor zwei Jahrhunderten aufgestellt hat: Wenn die Effizienz bei der Nutzung einer Ressource steigt, steigt ihr Verbrauch, statt dass sie sinkt.

Der weltweite Wasserbedarf hört nicht auf zu wachsen. Nach Angaben der Vereinten Nationen wuchs der Konsum im letzten Jahrhundert doppelt so schnell wie das Bevölkerungswachstum, und die Zahl der Regionen mit chronischer Benachteiligung nimmt zu. Jesús M. Paniagua, Autor von Wasser. Geschichte, Technik und Zukunft (Guadalmazán, 2023) stimmt mit den Vereinten Nationen überein, dass „es auf dem Planeten genug Wasser gibt, um die fast 8.000 Millionen Menschen zu versorgen, die ihn bewohnen.“ Aber es wird unregelmäßig verteilt, es wird verschwendet, es ist kontaminiert und es wird auf nicht nachhaltige Weise bewirtschaftet“, warnt er.

Cristina Monge Lasierra, Politikwissenschaftlerin an der Universität von Zaragoza, erinnert in einem Buch über städtische Versorgung, das vom Stadtrat von Cádiz und den öffentlichen Betreibern von Aeopas herausgegeben wurde, an die Warnung des ehemaligen UN-Sekretärs Ban Ki-moon: „Der Kampf um Nachhaltigkeit wird in den Städten gekämpft.“ In ihnen werden 75 % der Bevölkerung und zwischen 80 und 85 % des Vermögens konzentriert sein. „Was in den Städten passiert und wie sie sich auf den Rest des Territoriums auswirken, wird entscheidend sein“, betont Monge.

Obwohl der größte Wasserverbrauch in der Landwirtschaft und Viehhaltung anfällt (80 % laut OECD), entspricht seine Nutzung der Nachfrage nach Nahrungsmitteln in Städten, in denen die Mehrheit der Bevölkerung lebt. Der Rest des großen Verbrauchs ist industriell und städtisch. „Extremereignisse wie die in Spanien verdeutlichen die Dringlichkeit, Wasser als wesentliches Element für ein Umdenken in Städten zu integrieren“, warnt Luis Babiano, Manager von Aeopas.

Die Technologie hat es ermöglicht, die Wasserverteilung effizienter zu gestalten, aber es ist noch ein langer Weg. Laut Francisco Lombardo, Präsident des Water Economy Forum, „geht in Spanien derzeit mehr als ein Viertel des über das Netzwerk verteilten Wassers aufgrund mangelnder Investitionen verloren.“ Lombardo setzt sich für „die Erneuerung der Wasserinfrastruktur und die Digitalisierung ein, um Wasserlecks und -verluste viel umfassender kontrollieren zu können“.

Paniagua stimmt zu, dass es „sehr defizitäre Systeme gibt, die Wasser verlieren“ und nennt als Beispiel die uruguayische Hauptstadt: „Montevideo leidet nach drei Jahren Dürre unter einem Versorgungsproblem. Sein Netzwerk weist Verluste von 50 % auf, was bedeutet, dass von 100 Litern, die aus den Tanks gelangen, 50 verloren gehen.“

Um Ressourcen zu gewinnen, setzt das Unternehmen auf unterirdische Reserven, einen bewussteren Konsum, die Wiederverwendung von Abwasser und Entsalzung – Systeme, von denen es hofft, dass sie mit dem Aufkommen erneuerbarer Energien billiger und kohlenstoffärmer werden.

Die Entsalzung von Meerwasser erfordert einen hohen Energieverbrauch und erzeugt Abfälle wie Salzlake. Auch die Nutzung von atmosphärischem Wasser, insbesondere in Regionen mit einer Luftfeuchtigkeit unter 70 %, erfordert einen erheblichen Energieaufwand, was diese Lösung unwirksam macht.

Von der Wüste bis zu Spinnen

Ein Werk veröffentlicht in Naturwasser und unterzeichnet von Forschern der Universitäten Postech und Berkeley hat den Prozess optimiert, um Wasser aus der Atmosphäre in der Death Valley-Wüste in den Vereinigten Staaten zu gewinnen, bei Temperaturen von bis zu 57 Grad und einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 7 %.

„Wir haben das Potenzial der Technologie zur Bewältigung der wachsenden Herausforderungen der Wasserknappheit, die durch Umweltprobleme noch verschärft wird, bestätigt. „Diese Technologie stellt eine sichere Wasserressource bereit, unabhängig von geografischen oder klimatischen Bedingungen“, betont Woochul Song, Forscher bei Postech.

Ein weiterer Nachteil der Verwendung von atmosphärischem Wasser, beispielsweise aus Nebel, ist die damit imprägnierte Verunreinigung. Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) haben eine Methode entwickelt, die Wasser aus Nebel sammelt und es gleichzeitig mithilfe eines Metallgewebes reinigt, das mit einer Mischung aus Polymeren und Titandioxid beschichtet ist, das als Katalysator fungiert.

„Unser System kann in Gebieten mit Luftverschmutzung eingesetzt werden, beispielsweise in dicht besiedelten städtischen Zentren“, erklärt Ritwick Ghosh, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut, der an der veröffentlichten Arbeit mitgewirkt hat Nachhaltigkeit in der Natur.

Michael Tam, Professor an der University of Waterloo, hat Schwämme entwickelt, die kontinuierlich Feuchtigkeit aus ihrer Umgebung aufnehmen, indem sie Spinnen und die Strategien anderer Insekten nachahmen. „Ein Spinnennetz ist ein Wunder der Technik und fängt Wasser effizient ein. Die Spinne muss zum Trinken nicht zum Fluss gehen, da sie Feuchtigkeit in der Luft einfängt.“ Seine Arbeiten wurden veröffentlicht in Naturwasser.

Paniagua vertraut auf technologische Lösungen. „Wenn man sich die Geschichte anschaut, hat uns die Technologie aus Problemen herausgeholt“, sagt er. In diesem Sinne erinnert seine Arbeit daran, wie die Digitalisierung von Ackerfeldern, Wetterstationen vor Ort, Feuchtigkeitssensoren, Durchfluss- und Drucküberwachungssystemen in Bewässerungsnetzen oder Überwachungs- und Verfolgungsdrohnen weit verbreitet sind, die den Ressourceneinsatz optimieren.

Doch der Autor erinnert sich, dass eines der Probleme der technologischen Lösung bereits vor zwei Jahrhunderten vom britischen Ökonomen William Stanley Jevons vorhergesehen wurde. Jevons stellte fest, dass effizientere Dampfmaschinen nicht zu einer Verringerung des Kohleverbrauchs führten, sondern ganz im Gegenteil: Die Effizienz vervielfachte die Anzahl der Maschinen. Es ist ein Paradoxon, das die Zunahme des Verkehrs mit dem Ausbau des Straßennetzes erklärt. „Das kann passieren“, gibt Paniagua zu. „Ich sage nicht, dass es allgemein passieren wird, aber es stimmt, dass sich diese Fläche vergrößert, wenn man mehr Bewässerungskapazität hat. Ich habe einen Freund, der behauptet, dass wir zu allem Grausamen fähig wären, wenn wir die Kernfusion erreichen würden, um viel sehr billige Energie zu erzeugen. Das sollte uns jedenfalls nicht davon abhalten, die Effizienz zu steigern.“

Der andere große Nachteil der technologischen Lösung des Wasserproblems ist die überproportionale Nachfragesteigerung. In diesem Sinne konzentriert sich Paniagua auf Afrika, wo der Zugang zu Ressourcen, sanitären Einrichtungen und Energie trotz der prognostizierten Bevölkerungsexplosion schlechter ist. „Wir müssen uns auf Investitionen und Verbesserungen konzentrieren, um Versorgung, Reinigung und Sanitärversorgung zu gewährleisten. Megatransfers sind aus Tausenden von Gründen, von technischen bis hin zu politischen, nicht realisierbar. „Es ist ein ernstes Problem.“

Im März 2023 veröffentlichte UNICEF einen Bericht über die Notlage von etwa 190 Millionen Kindern in Afrika, die unter einem Mangel an sauberem Trinkwasser leiden, was täglich zum tragischen Tod von 1.000 Kindern unter fünf Jahren führt.

Das Beispiel einer Quelle

Eine einfache städtische Trinkwasserquelle kann ein Beispiel dafür sein, dass ihre Bewirtschaftung komplexer ist, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. In diesem Sinne hebt Luis Babiano hervor, wie die Einbindung einer neuen Infrastruktur, um diesen öffentlichen Dienst allen 1.000 Einwohnern von Cádiz zugänglich zu machen, dazu führte, dass ein Fehler im traditionellen Ansatz dieser Einrichtungen festgestellt wurde. „Die Kriterien für den Standort sind Form, Zugänglichkeit oder Kosten. Aber sie wurden nicht als Werkzeuge für den Aufbau einer freundlichen Stadt betrachtet“, kommentiert er.

Das Design des Cádiz-Netzwerks, reflektiert im Buch Öffentliche Trinkwasserquellen, versuchte bei Null anzufangen und analysierte die Hauptrouten der Nachbarn, sowohl während ihrer Arbeitstage als auch in ihrer Freizeit. Auch in ihrer Mobilität, egal ob sie sich zu Fuß, mit dem Fahrrad, mit öffentlichen Verkehrsmitteln oder im eigenen Fahrzeug fortbewegten. Sogar die Anwesenheit von Haustieren wurde berücksichtigt.

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