Zurück im Jahr 2014 bemerkte Omar Yaghi, ein Chemieprofessor an der University of California, etwas Ungewöhnliches an einem neuen wasserabsorbierenden Material, das sein Labor entwickelte. Wasser aus der Luft zu ziehen, ist für viele Dinge nützlich (denken Sie an die Silikagelkügelchen, die in Verpackungen kommen, um Dinge trocken zu halten), aber das Austrocknen von Trockenmitteln, um sie wiederverwenden zu können, erfordert im Allgemeinen das Erhitzen auf sehr hohe Temperaturen, oft um die 400°F, was viel Energie verbraucht. Aber Yaghis Material, ein atomares Gitterwerk voller Milliarden winziger Poren, bekannt als metallorganischer Gerüststoff (MOF), gab sein Wasser bei einer viel niedrigeren Temperatur von etwa 113°F ab, was der Temperatur einer lauwarmen Tasse Kaffee entspricht. “Ich dachte sofort, ich könnte das in die Wüste bringen und nachts das Wasser aus der Luft extrahieren”, sagt Yaghi. “Tagsüber, wenn es heiß und sonnig ist, kann ich das Trinkwasser ernten.”
Yaghi, 58, ist in der Welt der Chemie eine Art Ein-Mann-Phänomen. Er ist bekannt für seine Arbeit in den letzten drei Jahrzehnten als Pionier eines Bereichs, der als retikuläre Chemie bekannt ist, bei dem MOF-Kristalle mit molekularen Poren präzise konstruiert werden. Diese Materialien können einige interessante Eigenschaften haben. Wenn Sie versuchen, gasförmiges CO2 zu speichern, kann zum Beispiel ein Behälter, der ein MOF mit Poren enthält, die speziell für CO2-Moleküle maßgeschneidert sind, tatsächlich mehr davon speichern als ein leerer Behälter: Das MOF zieht diese CO2-Moleküle wie Bienen zum Honig an. Solche Materialien haben Dutzende potenzieller Anwendungen, von elektronischen Sensoren bis zur Arzneimittelabgabe. Yaghis Arbeit zur Gründung und Entwicklung dieses Bereichs hat ihn zu einem der am häufigsten zitierten Chemiker der Welt gemacht, und er wurde mit Preisen und Zitaten für seine Arbeit überschüttet, einschließlich einer Nominierung für den Nobelpreis für Chemie (sein Name tauchte prominent in Vorhersagen für den Gewinner 2022 auf).
Aus all den möglichen Wegen für weitere Erkundungen konzentriert sich Yaghi in den letzten Jahren jedoch hauptsächlich auf zwei mögliche Verwendungen der retikulären Chemie: die Bekämpfung des Klimawandels und die Ausweitung des Zugangs zu Trinkwasser. Im Jahr 2020 gründete er ein Unternehmen namens Atoco, um diese Ziele zu verfolgen (die Existenz des Unternehmens wurde bisher nicht gemeldet).
Yaghi ist sich bewusst, wie lebenswichtig Trinkwasser sein kann. Er wuchs in den 1970er Jahren in Amman, Jordanien, auf, als die Stadt nur für ein paar Stunden alle ein oder zwei Wochen Wasser lieferte. Als Kind stand er früh morgens am Wasserhahn mit Behältern, um eine Wochenration Wasser für die Familie zu speichern. Nach dem Experiment 2014 hatte er das Gefühl, die Grundlage für eine Erfindung zu haben, die Familien auf der ganzen Welt für immer von dieser Art von Kampf befreien könnte. “Sie können Wassersammler haben, die autark an jedem beliebigen Ort betrieben werden”, sagt Yaghi. “Sie haben die Kontrolle über Ihr eigenes Wasser. Ich nenne es Wasserunabhängigkeit.”
Es ist heute möglich, Wasser aus der Luft zu ziehen (der bescheidene Entfeuchter tut dies zum Beispiel), aber Yaghi sagt, dass Maschinen, die MOF-Materialien mit speziell auf die Erfassung von Wasserpartikeln zugeschnittenen Poren verwenden, mit sehr wenig Energie eine stetige Wasserversorgung erzeugen könnten, und das in trockeneren Umgebungen als alles, was heute verfügbar ist. Sie können sogar Wasser nur mit passiver Energie aus der Sonnenwärme produzieren. In einem im Juli 2023 in Nature Water veröffentlichten Artikel demonstrierten Yaghi und eine Gruppe von Mitarbeitern ein Material namens MOF-303, das in der Lage war, einen stetigen Tropfen Wasser im Death Valley, Kalifornien, einem der trockensten Orte der Erde, nur durch das Liegenlassen in der Sonne zu produzieren.
Yaghi gründete Atoco, um die Produktion retikulärer Materialien wie MOFs hochzuskalieren. Während Yaghi in der Vergangenheit mit anderen Unternehmen zusammengearbeitet hat, die versucht haben, die Technologie für die Wassergewinnung hochzuskalieren, strebt Atoco nach eigenen Angaben an, neuere, fortschrittlichere retikuläre Materialien einzusetzen und neuartige Geräte wie stromlose Wassersammler zu entwickeln (andere Unternehmen arbeiten daran, strombetriebene Wassersammler unter Verwendung retikulärer Chemie zu entwickeln, ebenso wie Atoco). Samer Taha, CEO von Atoco, sagt, dass ihre Maschinen in der Lage sein werden, in trockeneren Umgebungen zu funktionieren als alles, was heute verfügbar ist, und im Durchschnitt etwa die Hälfte der Energie zu verbrauchen. Zu den Geräten, die das Unternehmen entwickeln möchte, gehört eine strombetriebene Maschine in der Größe eines großen Desktop-Computers, die in der Lage sein soll, pro Tag etwa 100-200 Liter Trinkwasser zu produzieren, so Taha. Das Unternehmen lehnte es ab, mitzuteilen, wann die Geräte verfügbar sein werden.
“Das ist etwas, was die Welt braucht”, sagt Yaghi. “Fast ein Drittel der Welt erlebt fast jeden Monat des Jahres Wasserstress. Die UNO prognostiziert, dass bis zum Jahr 2050 fast 5 Milliarden Menschen unter Wasserstress leiden werden.”
Yaghis Technologie wird nicht nur in der Lage sein, Wasser aus der Luft zu ziehen – er sagt, seine Materialien werden auch nützlich sein, um Kohlendioxid zu absorbieren. Das könnte nützlich sein, um Kohlendioxid aus Industrieabgasen zu entfernen oder das Treibhausgas direkt aus der Atmosphäre zu extrahieren.
Beide Branchen stecken noch in den Kinderschuhen, obwohl sie in letzter Zeit mehr Zugkraft gewonnen haben. Steuergutschriften, die im Inflation Reduction Act vom letzten Sommer verabschiedet wurden, haben die Investitionen in die Abscheidung von Kohlendioxid für Industrieanlagen angekurbelt, und eine Investition von 1,2 Milliarden US-Dollar durch das US-Energieministerium für zwei große Projekte in Texas und Louisiana im letzten Monat hat auch die direkte Luft-Kohlendioxid-Abscheidung einen großen Schub gegeben. (Keine der derzeit geplanten Direktluft-Abscheideanlagen wird groß genug sein, um die Emissionen der Menschheit spürbar auszugleichen, obwohl Befürworter der Technologie sagen, dass es wichtig ist, jetzt in sie zu investieren, damit wir eines Tages Anlagen haben werden, die groß genug sind, um einen Unterschied zu machen.)
Ein großes Hindernis für den Kohlenstoffabscheidungssektor ist die enorme Menge an Energie, die im Allgemeinen benötigt wird, um CO2 aus der Luft oder sogar aus Rauchgasen mit höheren Konzentrationen herauszufiltern. Die meisten Kohlenstoffabscheidungsprojekte, die heute verwendet werden, verwenden Filter oder chemische Lösungen wie Kaliumhydroxid, um CO2 einzufangen, aber Taha sagt, dass die Verwendung von Materialien, die unter Verwendung retikulärer Chemie hergestellt wurden, diesen Stromverbrauch erheblich senken könnte. (Andere Unternehmen verwenden bereits retikuläre Materialien für die Kohlenstoffabscheidung, aber Atoco sagt, dass es effektivere Chemikalien anbieten und diese kostengünstig produzieren kann). “Es ist wirklich schwierig, jetzt eine Zahl zu nennen, denn wir sind dabei, diese Systeme aufzubauen”, sagt Taha. “Aber wir erwarten eine Verbesserung der Effizienz um 30 bis 50% [gegenüber der heutigen Standard-Kohlenstoffabscheidungstechnologie], wenn nicht mehr.” Es ist eine Behauptung, die sich noch bewahrheiten muss. Wenn sie erfolgreich ist, könnte diese Art von Leistungsreduktion einen großen Unterschied für die Machbarkeit des Ausbaus großer Kohlenstoffabscheidungssysteme ausmachen.
Ihre Verwirklichung wird jedoch keine leichte Aufgabe sein. Die Produktion der retikulären Materialien, die sie zu verwenden versuchen, war auf den Labormaßstab beschränkt, und eine der Hauptschwierigkeiten von Atoco wird darin bestehen, diesen Produktionsprozess hochzuskalieren. “Wir behaupten nicht, dass wir von Tag eins an sehr skalierbar und kostengünstig sein werden”, sagt Taha. “Aber wenn wir uns die Ausgangsstoffe ansehen, sind sie verfügbar und nicht teuer. Das ist das Licht am Ende des Tunnels.”
Yaghi seinerseits sagt, Atoco sei auf eine soziale Mission ausgerichtet. “Um ehrlich zu sein, habe ich ursprünglich kein Interesse daran gehabt [ein Unternehmen zu gründen].” Yaghi sagt. “Ich wollte t
