Forschende der ETH Zürich und der Universität Zürich zeigten, dass Wasser bei Temperaturen von bis zu -120 °C in einem flüssigen Zustand gehalten werden kann, indem es mit Phytantriol in einem einfachen thermischen Prozess gemischt wird, der eine Mesophase erzeugt. Auf eine innovative Initiative der Firma Sirin Orbital Systems AG aus Zürich für den Bereich Raumfahrtanwendungen hin (Lagerung von Wasser zur Lebenserhaltung und Erforschung des Mondes) zeigte später ein Team, bestehend aus Forschern des IEFE, IMPE, und der ETHZ, dass bis zu 79 Gew.-% des Wassers in der Mesophase durch Destillation wieder extrahiert werden kann. Der Rest bildet vermutlich ein Azeotop. Phytantriol ist ein handelsüblicher ungiftiger aliphatischer Alkohol, der in der Kosmetikindustrie weit verbreitet ist.

Die Tatsache, dass die Mesophase in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand verbleibt und eine wiederholte Durchmischung und Wasserentnahme möglich ist, kann genutzt werden, um Wasserspeichersysteme für kalte Regionen zu konzipieren, die keine aktive Beheizung externer Installationen wie Leitungen, Tanks usw. erfordern. Dies macht sie energetisch sehr effizient und ermöglicht einen einfachen Transport durch Standard-Wassernetze. Probleme, die normalerweise mit der Wasserspeicherung und -versorgung in kalten Regionen verbunden sind, können so beseitigt oder minimiert werden. Dazu gehören Leitungsschäden durch Einfrieren, die Verlegung von Leitungen in Permafrostgebieten oder die Verwendung von (chlorhaltigen) Innentanks mit den damit verbundenen Gesundheitsrisiken.

In Verbindung mit gebäudebasierten Abwasserrecyclinganlagen kann die Technologie zur Entwicklung zentraler, geschlossener Wasserspeicher- und -versorgungssysteme mit (fast) Null-Wasserverbrauch für Siedlungen und Forschungsstationen in kalten Regionen eingesetzt werden. Kleine Einheiten können potenziell transportabel gestaltet werden. Dadurch wird der Bedarf an Wassertransporten über Land zu den Speicherstätten minimiert.

Ein wichtiges Ziel bei der Konstruktion ist die Minimierung des Energieverbrauchs. Erhebliche Reduzierungen können erreicht werden, indem die Destillation durch ein energieeffizienteres Extraktionsverfahren ersetzt wird. Zu den möglichen Verfahren gehören Pervaporation und Nanofiltration. Letztere dürfte energetisch effizienter sein. Beide Verfahren wurden bereits zur Trennung anderer Alkohole von Wasser eingesetzt.

Ihr Potenzial zur Trennung von Wasser und Phytantriol wird in diesem Projekt von einem Forscherteam des IEFE und des IMPE bewertet. Zu den Herausforderungen gehören die Auswahl geeigneter Membranen und Betriebsparameter. Zu den Leistungskennzahlen gehören Prozesseffizienz, Reinheit des extrahierten Wassers, Prozessgeschwindigkeit, Systemgröße und Skalierbarkeit des Systems. Wir gehen davon aus, dass wir am Ende dieses Projekts TRL4 erreichen werden. Eine technisch-wirtschaftliche Bewertung wird die Beurteilungen vervollständigen.

Die Technologie hat das Potenzial, die Wasserversorgungssysteme für Forschungsstationen zu revolutionieren, die Wassersicherheit zu verbessern, die Wasserverfügbarkeit zu erhöhen und die Wasserverschwendung für Siedlungen in den Polarregionen zu minimieren, die regelmäßig unter schlechter Süßwasserqualität und begrenzter Verfügbarkeit von Süßwasser leiden oder denen sogar regelmäßig das Wasser ausgeht.

Das Projekt wird durch das Swiss Polar Institute finanziert. Für diese grosszügige Unterstützung bedanken sich die Forschenden. Sirin Orbital Systems AG begleitet die Arbeiten beratend.