Wasser­rückgewinnung aus Trocknungsabfällen mittels thermoelektrischer Kühlung und PV/T-Unterstützung

Trocknungsabfälle in Trinkwasser verwandeln

In vielen ländlichen Regionen stehen Landwirtinnen und Landwirte vor zwei Problemen zugleich: Wie lässt sich Nahrung schonend konservieren, ohne teuren Brennstoff zu verbrennen, und wie wird ausreichend sauberes Wasser gesichert? Diese Studie stellt ein neues, solarbetriebenes System vor, das beide Herausforderungen gleichzeitig angeht. Es trocknet Obst und Gemüse mit der Sonne und fängt gleichzeitig das von den Lebensmitteln und der Umgebungsluft verdunstete Wasser auf, um es trinkbar zu machen – im Grunde wird so aus „Trocknungsabfall“ eine wertvolle Ressource.

Eine sonnengesteuerte Maschine zum Trocknen und Trinken

Im Zentrum des Aufbaus steht ein hybrides Solarmodul, ein photovoltaisch/thermischer (PV/T) Kollektor. Im Gegensatz zu einem normalen Solarmodul, das nur Strom erzeugt, gewinnt dieses auch Wärme aus der Sonne. Der Strom betreibt kleine Ventilatoren und Kühlmodule, während die gewonnene Wärme Luft erwärmt, die in eine kompakte, gut isolierte Trocknungsbox geblasen wird, in der Tabletts mit Tomatenscheiben liegen. Wenn warme, trockene Luft an den Scheiben vorbeistreicht, entzieht sie ihnen Feuchtigkeit und konserviert die Lebensmittel für die Lagerung ganz ohne fossile Brennstoffe.

Wie das System unsichtbares Wasser einfängt

In einem gewöhnlichen Trockner wird die feuchte Luft aus der Kammer einfach nach außen geleitet, wodurch das Wasser und die zum Verdampfen aufgewendete Energie verloren gehen. Hier wird die austretende Feuchtluft durch einen speziellen Kanal geführt, der mit thermoelektrischen Kühlern ausgestattet ist – Festkörperbauelemente, die bei Stromzufuhr auf einer Seite warm und auf der anderen kalt werden. Die Abwärme der heißen Seite wird zurück in den Trocknungsprozess geführt, während die kalte Seite die Feuchtluft unter ihren Taupunkt kühlt. Während die Luft abkühlt, kondensiert Wasserdampf an kalten Oberflächen zu Tropfen, die in einem Behälter gesammelt werden. Die Forschenden nennen diesen kombinierten Ansatz „From Drying to Drinking“ oder D2D, weil weder Energie noch Masse absichtlich verschwendet werden.

Im Test: Tomaten, Luftstrom und Sonnenschein

Das Team baute und prüfte das System in New Damietta City an der ägyptischen Mittelmeerküste, einer Region mit mäßiger Sonneneinstrahlung und relativ feuchter Luft – vorteilhaft für die Wasser­rückgewinnung. Zwei PV/T-Module erwärmten die Luft in einem flachen Kanal darunter und versorgten vier kleine Ventilatoren mit Strom. Die erwärmte Luft strömte in eine 40 Zentimeter große Würfel-Trockenkammer mit drei Lagen Tomatenscheiben. Sensoren zeichneten Temperaturen, Luftfeuchte, Luftgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung über den Tag auf. Unter typischen Bedingungen arbeitete der Trockner zwischen etwa 30 und 53 °C, im Mittel etwa 40–43 °C – schonend genug, um die Lebensmittelqualität zu erhalten und gleichzeitig effizient Feuchtigkeit zu entfernen.

Wie viel Energie und Wasser eingespart wurden

Innerhalb eines achtstündigen Sonnentages trocknete das System ein Kilogramm frische Tomaten und reduzierte deren Feuchtegehalt von mehr als 900 Gramm Wasser pro Kilogramm auf rund 100 Gramm pro Kilogramm – sicher für Lagerung und Transport. Gleichzeitig fing die Wasser­rückgewinnungseinheit etwa 3,9 Liter sauberes Wasser auf, eine Mischung aus der aus den Tomaten freigesetzten Feuchte und der aus der umgebenden Luft entnommenen Feuchtigkeit. Die Solartechnik lieferte gute Werte: die thermische Effizienz (der Anteil der Sonneneinstrahlung, der in nutzbare Wärme umgewandelt wurde) erreichte etwa 53 %, die elektrische Effizienz lag zeitweise nahe 17 % und die kombinierte Effizienz von Wärme plus Strom überstieg 70 %. Die thermoelektrischen Kühler arbeiteten mit moderater Effizienz, aber ihre geschickte Platzierung erlaubte es, dieselben Bauelemente sowohl beim Trocknen zu unterstützen als auch Wasser zu kondensieren, wodurch aus jedem Watt Solarenergie mehr Nutzen gezogen wurde.

Warum das für Landwirte und Gemeinden wichtig ist

Für Nicht-Fachleute ist die Kernbotschaft einfach: Diese Technologie nutzt Sonnenenergie, um gleichzeitig Lebensmittel zu trocknen und Wasser zu gewinnen, mit wenig Verlusten. Indem Wärme recycelt und Wasser eingefangen wird, das sonst in die Luft entweichen würde, reduziert das System die Abhängigkeit von Brennstoffen, senkt klimaschädliche Emissionen und bietet eine neue Quelle für sicheres Wasser – besonders wichtig in trockenen oder netzfernen Regionen. Zwar sind weitere Entwicklung und Skalierung nötig, doch das Konzept „von der Trocknung zum Trinken“ weist den Weg zu zukünftigen Höfen und kleinen Lebensmittelbetrieben, die Ernte konservieren, Wasser sichern und Verschmutzung verringern können – allein mit der Kraft der Sonne.

Zitation: Elbrashy, A., El-fakharany, M.K., Al-Sood, M.A. et al. Water recovery of drying waste using a thermoelectric cooler and PV/T assisted. Sci Rep 16, 4087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35137-w

Schlüsselwörter: Sonnentrocknung, Wasser­rückgewinnung, Hybrid PV/T, thermoelektrische Kühlung, nachhaltige Landwirtschaft