Wie viel Energie benötigt man, um einen Liter Wasser zu verdampfen? Ziemlich viel. Es ist die „thermische Grenze“, die Systeme zur atmosphärischen Wassergewinnung bisher eingeschränkt hat: Sie nehmen Feuchtigkeit hervorragend auf, geben sie aber nur sehr schlecht wieder ab. Doch was wäre, wenn wir das Wasser nicht erhitzen, um es zu verdampfen, sondern es einfach abschütteln würden? UltraschallEs ist die Intuition des MIT: ein Aktor, der mit 20.000 Zyklen pro Sekunde vibriert und Wassertropfen in 2 bis 7 Minuten aus der Luft extrahiert, anstatt der Stunden, die es in der Sonne dauern würde.
Das System erreicht einen Wirkungsgrad von 428%, 45-mal besser als herkömmliche thermische Verfahren. Trockene Luft verbirgt Wasser: Man muss sie nur mit der richtigen Frequenz in Schwingung versetzen.
Das Ausgangsproblem: gierige Materialien, die nicht loslassen
Materialien zur Gewinnung von atmosphärischem Wasser sind ironischerweise Opfer ihres eigenen Erfolgs. Sie binden die Feuchtigkeit so hartnäckig, dass sie sie anschließend nicht mehr abgeben wollen.. Die Hydrogel, Metallschwämme, AerogelSie alle sind sehr gut darin, Wasserdampf aus der Luft aufzunehmen. Selbst in den trockensten Wüsten ist immer noch etwas Luftfeuchtigkeit vorhanden, die aufgenommen werden kann. Die Frage ist, was als Nächstes passiert.
„Jedes Material, das Wasser sehr gut aufnimmt, will sich nicht davon trennen“, erklärt er. Svetlana Boriskina, Hauptforscher im Fachbereich Maschinenbau am MIT. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie Der 18. November 2025 beginnt genau mit diesem Paradoxon: Solarthermische Systeme benötigen Stunden, manchmal sogar Tage, um das von hygroskopischen Materialien aufgenommene Wasser zurückzugewinnen..
Zu langsam, zu ineffizient. Und zu abhängig vom Wetter.
Die Lösung: Moleküle zum Tanzen bringen und mithilfe von Ultraschall Wasser aus der Luft gewinnen.
Der Wendepunkt ergab sich aus dem Aufeinandertreffen zweier Welten. Ikra Iftekhar ShuvoDie Hauptautorin der Studie und Doktorandin der Medienkunst und -wissenschaften arbeitete mit Ultraschall für tragbare medizinische Geräte. Boriskina suchte derweil nach einer Möglichkeit, die Wassergewinnung aus atmosphärischen Materialien zu beschleunigen. Ein explosiver Mix: Die beiden Forschungsprojekte schienen wie füreinander geschaffen.
Ultraschall ist eine Schallwelle mit Frequenzen über 20 Kilohertz: unsichtbar und unhörbar, aber auf molekularer Ebene physikalisch sehr wirksam. Das Team entwickelte einen Ultraschallaktor, bestehend aus einem flachen Keramikring, der bei Anlegen einer elektrischen Spannung vibriert und von einem zweiten Ring mit Mikrodüsen umgeben ist. Wird das wassergesättigte Hydrogel auf das Gerät aufgebracht, bricht der Ultraschall die schwachen Wasserstoffbrückenbindungen auf, die die Wassermoleküle zusammenhalten.
„Mit dem Ultraschall „Wir können die schwachen Bindungen zwischen den Wassermolekülen und den Stellen, an denen sie gebunden sind, gezielt aufbrechen“, erklärt Shuvo.
„Es ist, als ob das Wasser mit den Wellen tanzt, und diese gezielte Störung erzeugt einen Impuls, der die Wassermoleküle freisetzt.“
Schließlich fallen Wassertropfen aus der Luft durch die Düsen in Auffangbehälter ober- und unterhalb des Vibrationsrings.
Die Zahlen: 45-mal effizienter als die Sonne
Tests in einer Klimakammer mit unterschiedlichen Luftfeuchtigkeitswerten lieferten eindeutige Ergebnisse. Das Ultraschallgerät gab innerhalb von 2–7 Minuten ausreichend Wasser ab, um die Proben des absorbierenden Materials vollständig zu trocknen. Konventionelle thermische Systeme benötigen Dutzende von Minuten oder Stunden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.
Energieeffizienz spricht für sich selbst: Der durchschnittliche Verbrauch liegt bei 0,535 MJ/kg im Vergleich zu 24 MJ/kg bei thermischen Systemen. 428 % Wirkungsgrad gegenüber 9,5 % solarer VerdunstungDies ist ein 45-facher Sprung, der die thermodynamische Grenze der Verdampfungsenthalpie von Wasser übersteigt.
In der Praxis Das System verbraucht weniger Energie als theoretisch zum Verdampfen des Wassers nötig wäre, da es das Wasser gar nicht verdampft, sondern es direkt in den flüssigen Zustand überführt..
Mehrere Zyklen: der wahre Vorteil
Die Extraktionsgeschwindigkeit ist entscheidend. Mit Solarthermieanlagen ist bei optimalen Bedingungen ein Zyklus pro Tag möglich; mit Ultraschall sind mehrere Zyklen möglich. Das Hydrogel benötigt 40 Minuten, um bei 75 % relativer Luftfeuchtigkeit Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen. Der piezoelektrische Aktor extrahiert es in 2 MinutenAbsorption-Extraktion-Absorption: kontinuierliche Zyklen, die von einer kleinen Solarzelle angetrieben werden.
„Es geht darum, wie viel Wasser man pro Tag fördern kann“, betont Boriskina.
„Mithilfe von Ultraschall können wir schnell Wasser gewinnen und den Zyklus immer wieder wiederholen. Dadurch lassen sich im Laufe eines Tages beträchtliche Mengen gewinnen.“
Ja, aber wie viel Wasser können wir dann aus der Luft gewinnen?
Hochrechnungen auf ein skaliertes System mit 1 Quadratmeter absorbierendem Material legen Folgendes nahe: mehr als 10 Liter Wasser pro Tag bei 75 % Luftfeuchtigkeit. Selbst in den trockensten Klimazonen, wo die relative Luftfeuchtigkeit auf 30-40% sinkt, würde das System dank mehrerer Zyklen noch nutzbare Erträge liefern.
Wasser aus der Luft in 2 Minuten: Von der Wüste bis zu Ihrem Fenster (und zurück)
„Das Schöne an diesem Gerät ist, dass es sich perfekt ergänzt und als Komponente in nahezu jedes absorbierende Material integriert werden kann“, sagt Boriskina. Die Idee ist eine Anwendung für Zuhause: Ein schnell absorbierendes Material kombiniert mit einem fenstergroßen Ultraschallaktor. Sobald das Material gesättigt ist, aktiviert sich der Aktor kurzzeitig mithilfe der Energie einer Photovoltaikzelle, gibt das gesammelte Wasser frei und startet einen neuen Zyklus.
Der Co-Autor Michael Garrett betont, wie wir „indem wir lernen, wie sich unsere Signale ausbreiten, wertvolle Erkenntnisse wie zukünftige Systeme gestaltet werden können.“ Die zur Modellierung dieser schwachen Signale entwickelten Methoden könnten auch in der Astronomie, der planetaren Verteidigung und der Umweltüberwachung Anwendung finden.
Die Arbeit wurde vom MIT Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab und dem MIT-Israel Zuckerman STEM Fund unterstützt. Wie ich bereits vor zwei Jahren sagteDie Gewinnung von atmosphärischem Wasser entwickelt sich zu einem echten Markt. UltraschallDas gilt umso mehr.
Luft enthält Wasser. Immer, selbst in Wüsten. Und wenn wir es schnell genug in Bewegung setzen können, haben wir so viel davon, wie wir wollen.
