Solar Enclosure for Water Reuse bringt sauberes Wasser durch Sonnenlicht

Viele Menschen erhalten sauberes Wasser problemlos aus dem Wasserhahn, doch Millionen haben weiterhin jeden Tag Schwierigkeiten, sicheres Trinkwasser zu finden.

Nun nutzen Wissenschaftler Sonnenlicht auf einfache Weise, um Wasser sicher zu machen – selbst an Orten ohne moderne Versorgungssysteme.

Unsicheres Trinkwasser ist weltweit nach wie vor ein gravierendes Problem. Die Weltgesundheitsorganisation warnt, dass verunreinigtes Wasser Krankheiten wie Cholera, Typhus und Durchfall verbreitet.

Rund 1,7 Milliarden Menschen sind noch immer auf unsichere Wasserquellen angewiesen. Kinder tragen dabei das höchste Risiko. Jedes Jahr sterben Hunderttausende Kinder an wasserbedingten Krankheiten.

Zugleich leben viele Familien in Regionen ohne angemessene Wasserversorgung. Gerade in einkommensschwachen Gemeinschaften wird sicheres Wasser dadurch täglich zur Herausforderung.

Warum bisherige Lösungen nicht ausreichen

Viele Haushalte setzen einfache Verfahren zur Wasseraufbereitung ein. Am häufigsten wird Wasser abgekocht. Das funktioniert zuverlässig, erfordert jedoch Brennstoff wie Holz oder Strom. Für Familien, die ohnehin nur begrenzte Ressourcen haben, entsteht dadurch eine zusätzliche Belastung.

Zu den anderen Methoden gehören Filter und solare Desinfektion. Filter halten große Partikel zurück, doch winzige Viren können sie weiterhin passieren. Bei der solaren Desinfektion kommt Sonnenlicht zum Einsatz, allerdings dauert sie häufig zu lange.

Mitunter kann es mehr als einen ganzen Tag dauern, bis das Wasser sicher ist. Wegen dieser Einschränkungen liefern viele Systeme nicht täglich genügend sauberes Wasser.

Eine neue solarbetriebene Lösung

Forscher der Yale University und weiterer Einrichtungen haben ein neues System entwickelt: die Solar Enclosure for Water Reuse (SEWR). In diesem System werden mehrere Verfahren in einem einzigen Konzept zusammengeführt.

Statt sich nur auf eine Technik zu stützen, nutzt das System Sonnenlicht gleichzeitig auf unterschiedliche Arten. Es verbindet solare Desinfektion, solares Erhitzen und Photosensibilisierung. Dadurch steigen sowohl die Geschwindigkeit als auch die Wirksamkeit.

„Viele Hände machen die Desinfektion von Trinkwasser leichter“, erklärte Eric Ryberg, Mitautor der Studie. „Dadurch können wir wirklich viele Anforderungen zugleich erfüllen und eine Wasserqualität bereitstellen, die Menschen ein würdevolles Gefühl gibt – unabhängig davon, welche Ressourcen ihnen zur Verfügung stehen.“

Wie Sonnenlicht Wasser reinigt

Sonnenlicht kann Wasser auf verschiedene Weise reinigen. Eine Methode setzt UV-Strahlen ein, um Bakterien und Viren zu schädigen. Eine weitere erwärmt das Wasser und tötet dadurch schädliche Organismen ab.

„Die UVA-Strahlung interagiert mit Verbindungen im Wasser oder in den Organismen selbst und erzeugt oxidativen Stress, der den Organismus inaktiviert“, sagte Ryberg.

„Oder UVB-Strahlung, die auch für unseren Sonnenbrand verantwortlich ist, verursacht tatsächlich DNA-Schäden in den Organismen selbst.“

Allein reicht Sonnenlicht jedoch nicht immer aus. Viren lassen sich schwerer abtöten und benötigen eine längere Bestrahlung.

Die Wirkung kombinierter Methoden

Das neue System begegnet diesem Problem, indem es mehrere Techniken miteinander kombiniert. Dies wird als Mehrbarrierenansatz bezeichnet. Jede Methode richtet sich gegen andere Arten von Keimen.

„Mehrere Möglichkeiten zur Desinfektion und Aufbereitung des Wassers zu haben, ist immer besser als nur eine, denn obwohl dieser Vorfiltrationsschritt große Organismen wie Protozoen oder Würmer sehr wirksam entfernt, gelangen einige kleinere Bakterien durch den Filter“, sagte Ryberg.

„Technologien wie Pasteurisierung oder solare Desinfektion wirken sehr gut gegen Bakterien. Doch bei den lästigen Viren, die durch diese Technologien nicht schnell inaktiviert werden, kann die Photosensibilisierung wirklich zum Einsatz kommen.“

Durch diese Kombination wird das System deutlich zuverlässiger – auch bei wechselhaftem Wetter.

Schnellere und zuverlässigere Ergebnisse

Einer der größten Vorteile dieses Systems ist seine Geschwindigkeit. Herkömmliche Solarmethoden können bis zu 30 Stunden benötigen, um Viren abzutöten. Das neue System erledigt dieselbe Aufgabe bei guter Sonneneinstrahlung in weniger als einer Stunde.

Auch bei Bewölkung funktioniert das System weiterhin. Es kann Wasser innerhalb weniger Stunden reinigen und ist damit wesentlich schneller als ältere Verfahren. Das macht es für den täglichen Einsatz praktischer.

Außerdem erzeugt das System ausreichend Wasser für den täglichen Bedarf. Studien zeigen, dass es in unterschiedlichen Klimazonen den von den Vereinten Nationen festgelegten Mindestwasserbedarf von Haushalten decken kann.

Für den Einsatz im Alltag konzipiert

Anders als viele Geräte lässt sich dieses System in Gebäude integrieren. Es kann in Dächer oder Wände eingebaut werden und beansprucht somit keinen zusätzlichen Platz. Tagsüber sammelt es Sonnenlicht und nutzt dieses, um Wasser zu reinigen und zu erwärmen.

Das Konzept senkt außerdem die Energiekosten. Das System kann den größten Teil des Jahres warmes Wasser bereitstellen. An manchen Orten kann es mehr als 80 bis 90 Prozent des Jahres mit warmem Wasser versorgen. Familien können dadurch Geld sparen und weniger Brennstoff verbrauchen.

„Für eine Gemeinschaft könnte es sinnvoll sein, ein solches System in größerem Maßstab zu errichten und damit die gesamte Gemeinschaft zu versorgen“, sagte Ryberg. „Oder es könnte sinnvoll sein, es vergleichsweise klein zu halten und einzelne Haushalte zu versorgen.“

Das System verfügt zudem über eine clevere Funktion. Es verwendet einen Farbstoff, der seine Farbe verändert, sobald das Wasser sicher ist. Damit liefert es ein eindeutiges visuelles Signal.

Viele ältere Verfahren bieten keine solche Rückmeldung. Menschen müssen oft vermuten, ob das Wasser sicher ist. Diese neue Funktion schafft Vertrauen und erleichtert das Verständnis des Ablaufs.

Auf dem Weg zu natürlichen Lösungen

Derzeit verwendet das System einen lebensmittelechten Farbstoff namens Erythrosin. Die Forscher arbeiten daran, ihn durch natürliche Verbindungen aus Pflanzen zu ersetzen. Dazu zählen Chlorophyll und Stoffe, die in Kräutern vorkommen.

„Das oberste Ziel ist, dass wir zu natürlichen Stoffen übergehen können, die deutlich weniger toxikologische Bedenken aufwerfen“, sagte Ryberg.

Diese Umstellung könnte das System noch sicherer und nachhaltiger machen.

Sauberes Wasser für alle

Dieses Solarsystem zeigt, wie einfache Ideen wirkungsvolle Lösungen schaffen können. Durch eine intelligentere Nutzung von Sonnenlicht könnte sicheres Wasser selbst in Gebieten ohne Infrastruktur bereitgestellt werden.

Das System vereint Wissenschaft, Gestaltung und Natur. Es verringert das Krankheitsrisiko, senkt Energiekosten und verbessert den Alltag.

Mit weiterer Entwicklung könnte die Solar Enclosure for Water Reuse Millionen von Menschen, die sie am dringendsten benötigen, mit sauberem Wasser versorgen.