WASSERTECHNOLOGIE · 26. JULI 2026

Metal-Organic Frameworks Wasser aus Wüstenluft

KI-generiert

Wasser aus Wüstenluft: Was das Nobelpreis-Material MOF wirklich bringt

Ein Kristallgitter kann Wasser aus Wüstenluft holen, selbst dort, wo die Luftfeuchte kaum über 20 Prozent liegt. Der Chemie-Nobelpreis 2025 hat dieser Fähigkeit einen Namen gegeben: Metal-Organic Frameworks (MOF). Dass das Material funktioniert, ist geklärt. Die entscheidende Frage lautet: Wie viel Energie wird benötigt?

VON MARTIN JENDRISCHIK · 9 MIN LESEN

Jordanien in den 1970er-Jahren. Wasser kommt einmal pro Woche aus der Leitung, manchmal erst nach vierzehn Tagen, und dann für höchstens sechs Stunden. Wer in dieser Zeit nicht jeden Eimer, jeden Tank und jede Wanne füllt, hat für die Familie, den Garten und die Tiere kein Wasser mehr.

Der Junge, der in diesem Haushalt aufwuchs, heißt Omar Yaghi. Er ist heute Chemieprofessor an der University of California, Berkeley, und erhielt im Oktober 2025 den Nobelpreis für Chemie. Sein Lebenswerk soll das Problem seiner Kindheit lösen: Wasser aus der Luft holen, dort, wo sonst keins ist.

Was sind Metallorganische Gerüstverbindungen?

Metallorganische Gerüstverbindungen, im Original Metal-Organic Frameworks oder kurz MOF, bestehen aus Metallionen als Knotenpunkten. Organische Moleküle, sogenannte Linker, verbinden diese Knoten zu einem dreidimensionalen Kristallgitter voller winziger Hohlräume. Ein einziges Gramm dieses Materials hat eine innere Oberfläche in der Größenordnung eines Fußballfelds.

Die Grundidee stammt von Richard Robson, Chemieprofessor an der University of Melbourne, der in den 1980er-Jahren erstmals Metallionen und organische Verbindungen zu solchen Gittern kombinierte. Susumu Kitagawa von der Universität Kyoto zeigte ab 1992, dass Gase durch diese Strukturen strömen können, ohne sie zu zerstören.

Yaghi entwickelte daraus stabile, gezielt veränderbare MOFs, bei denen sich Porengröße und chemisches Verhalten über die Wahl von Metall und Linker einstellen lassen. Für diese drei Beiträge bekamen Robson, Kitagawa und Yaghi im Oktober 2025 gemeinsam den Chemie-Nobelpreis.

Das Nobelkomitee nennt in seiner Würdigung ausdrücklich die Wassergewinnung aus Wüstenluft als eine der Anwendungen, neben CO₂-Abscheidung und der Entfernung von Schadstoffen aus Wasser.

Poröse Materialien kennt die Chemie länger, sie taugen für diese Aufgabe nur nicht. Aktivkohle stößt Wasser ab. Zeolithe, die in der Spülmaschine das Geschirr trocknen, geben aufgenommenes Wasser erst oberhalb von 250 Grad Celsius wieder her. Ein Wasserernte-MOF muss beides bei moderaten Bedingungen leisten: Wasser bei niedriger Feuchte binden und bei mäßiger Wärme wieder abgeben.

Wie holt ein MOF Wasser aus Wüstenluft?

Yaghis Gruppe untersuchte 2014 eigentlich, wie sich MOFs zur CO₂-Abscheidung aus Rauchgasen eignen. Weil Rauchgase Wasserdampf enthalten, prüften die Forscher, wie sich Wasser- und Kohlendioxidmoleküle in den Poren verhalten. Dabei zeigte sich: Manche MOFs nahmen schon unterhalb von 20 Prozent relativer Luftfeuchte viel Wasser auf und gaben es bereits bei 45 Grad Celsius wieder ab.

Selbst über der Wüste ist Luft nie völlig trocken. Wie viel Wasserdampf sie überhaupt tragen kann, hängt an ihrer Temperatur, beschrieben im Clausius-Clapeyron-Gesetz. Im Death Valley fällt die relative Luftfeuchte nachts auf 14 Prozent und klettert tagsüber kaum über 26 Prozent.

Genau dort testete Yaghis Team 2017 den ersten Prototyp. Nachts nahm das Material passiv Wasser auf, in der Mittagshitze gab es das Wasser wieder ab. Die Ausbeute: eine Tasse.

Infografik: MOF nimmt nachts Wasser aus Wüstenluft auf und gibt es tagsüber als Trinkwasser ab — Der Ernte-Zyklus eines MOF-Wasserernters läuft passiv mit Nachtluft und Sonnenwärme. Grafik: Cleanthinking

Das Arbeitspferd der Folgeforschung heißt MOF-303, ein Aluminium-MOF mit Pyrazoldicarbonsäure als Linker. Eine Studie in ACS Central Science aus dem Jahr 2019 belegt 165 Adsorptions-Desorptions-Zyklen mit vernachlässigbarem Kapazitätsverlust. Das Material überlebt also den Dauerbetrieb, an dem viele Adsorber scheitern.

Der theoretische Chemiker Joachim Sauer von der Humboldt-Universität Berlin hat die Adsorptionsmechanismen gemeinsam mit Yaghis Gruppe berechnet, veröffentlicht 2021 in Science. Aus dieser Arbeit stammt das Konstruktionsprinzip für jeden künftigen MOF: Die Linker müssen groß genug sein, damit die Poren viele Wassermoleküle fassen, dürfen aber nicht wasserabweisend werden, wie es größere organische Moleküle sonst oft tun.

Was kostet Wasser aus Wüstenluft in Kilowattstunden?

Hier trennt sich Faszination von Praxistauglichkeit. MOF-Wasserernte funktioniert im Labor zuverlässig, aber sie braucht Energie, um das gebundene Wasser wieder aus dem Material herauszutreiben. Eine Übersichtsarbeit in Nature Reviews Clean Technology von 2026 beziffert diesen Aufwand bei den besten einstufigen Systemen auf über 3 Kilowattstunden pro Kilogramm Wasser, in kompletten Systemstudien auf 3 bis 7 Kilowattstunden pro Liter, bei Desorptionszyklen von 20 bis 100 Minuten.

Meerwasserentsalzung per Umkehrosmose kommt mit 3 bis 4 Kilowattstunden pro Kubikmeter aus, moderne Anlagen je nach Salzgehalt mit 1,76 bis 3,06. Ein Kubikmeter sind tausend Liter.

Verfahren	Energie pro Liter Wasser
MOF-Wasserernte, thermische Desorption	3 bis 7 kWh
Meerwasserentsalzung, Umkehrosmose	0,003 bis 0,004 kWh
Vibrationsaktuierung, nur Labormaßstab	rund 0,09 kWh

Der Abstand liegt bei einem Faktor von rund tausend. Diese Zahl weist der Technologie ihren Platz zu: Orte, die weder Meer noch Stromnetz noch nutzbares Grundwasser haben. Dort entfällt der Vergleich mit der Entsalzung, weil es sie als Option gar nicht gibt.

Eine Abschätzung in Nature aus dem Jahr 2021 zieht die realistische Grenze: Ein Quadratmeter Erntefläche liefert 0,2 bis 2,5 Liter pro Kilowattstunde, abhängig von der Luftfeuchte zwischen 30 und 90 Prozent. Wüstenluft mit ihrer niedrigen Feuchte liegt am unteren Ende dieser Spanne.

Ein Laboransatz, der das Wasser per Vibration statt per Wärme austreibt, senkt den Aufwand auf 0,09 Kilowattstunden pro Kilogramm bei einem Zyklus von zwei Minuten. Über den Labormaßstab ist er nicht hinausgekommen.

Die Fachliteratur kritisiert zudem die Uneinheitlichkeit der veröffentlichten Werte. Eine Übersichtsarbeit spricht von enormen Unterschieden zwischen den Ergebnissen verschiedener Gruppen, die Leser und selbst Forscher in die Irre führen können.

Die gute Nachricht liegt in der Herstellung. MOF-303 lässt sich in wässriger Synthese im 200-Liter-Reaktor mit 84 bis 96 Prozent Ausbeute produzieren, Aluminium ist ein Massenmetall ohne erkennbaren Rohstoffengpass.

BASF stellt MOFs unter dem Namen Basolite bereits im Tonnenmaßstab her und beliefert etwa Svante Technologies in Kanada für die CO₂-Abscheidung. Die industrielle Produktion im großen Maßstab läuft also längst. Das ist die Voraussetzung dafür, dass auch Wasserernte-MOFs eines Tages billig werden können.

Wie viel Wasser liefert eine Anlage, und reicht das?

Der Sphere-Standard der humanitären Hilfe setzt 15 Liter pro Person und Tag als Minimum für Trinken, Kochen und Hygiene an. Für die vollständige Verwirklichung des Menschenrechts auf Wasser gelten 50 bis 100 Liter als Ziel. Reines Trinken benötigt 2 bis 4,5 Liter.

Bedarf oder Angebot	Menge
Sphere-Mindeststandard (Trinken, Kochen, Hygiene)	15 Liter pro Person und Tag
Ziel volle Wasserversorgung	50 bis 100 Liter pro Person und Tag
Reines Trinken	2 bis 4,5 Liter pro Person und Tag
Water Harvesting Inc., Haushaltsgerät	7 bis 10 Liter pro Tag
Atoco-Container (Herstellerangabe)	bis 1.000 Liter pro Tag

Yaghis Firma Water Harvesting Inc. baut ein Gerät in der Größe einer Haushaltsmikrowelle, das laut Unternehmensangabe 7 bis 10 Liter pro Tag liefert, gedacht für zwei bis drei Erwachsene zum Trinken und Kochen. Das deckt Trinkwasser für eine kleine Gruppe, den vollen Sphere-Standard samt Hygiene erreicht es nicht.

Yaghis zweite Firma Atoco gibt für eine Container-Anlage bis zu 1.000 Liter pro Tag an. Auf Sphere-Minimalniveau versorgt das gut 60 Menschen. Für eine Stadt ist diese Zahl bedeutungslos, für ein Dorf ohne Brunnen ist sie alles. Unabhängig geprüfte Messwerte liegen für keines der beiden Geräte vor.

In den USA ist die kommerzielle MOF-Wassergewinnung bereits angelaufen. Kubota und AirJoule bringen Geräte mit rund 950 Litern Tagesleistung für 100.000 bis 200.000 Dollar in Stellung und peilen die Kommerzialisierung bis 2030 an.

Auch aus Jordanien kommt Bewegung. AquaPoro, gegründet vom Chemiker Kyle Cordova, sammelte am 24. Juni 2026 fünf Millionen Dollar Seed-Kapital für seine MOF-Technologie ALMA ein, angeführt von Breakout Ventures.

Adsorptionstechniken könnten in den nächsten zehn Jahren erheblich zur Wasserversorgung Jordaniens beitragen, sagt Cordova. Seine Rechnung: 35 Liter täglich pro Haushalt ergäben rund 30 Millionen Kubikmeter im Jahr. Jordaniens größter Stausee, das König-Talal-Reservoir, fasst jährlich 76,5 Millionen Kubikmeter.

Zwei ähnliche Techniken gehören klar abgegrenzt. Source Global aus Arizona baut sogenannte Hydropanels mit rund 5 Litern Tagesleistung, im Einsatz in über 50 Ländern, arbeitet aber mit einem Hydrogel und Solarthermik statt mit MOFs. Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik nutzt im Projekt WaLu eine hygroskopische Salzlösung: Sie rinnt einen Turm herunter, nimmt Luftfeuchte auf und wird solarbetrieben unter Vakuum destilliert, ebenfalls ohne MOF-Material.

Was zeigt die neue Studie zu lichtgesteuerten MOF-Kristallen?

Eine im Journal of the American Chemical Society veröffentlichte Studie der University of Iowa zeigt eine Variante, die im Ruhezustand gar nicht porös ist. Der Chemiker Leonard MacGillivray und sein Team, mit Beteiligung aus Italien, Kanada und den Vereinigten Arabischen Emiraten, setzten einen dichten Cadmium-Kristall UV-Licht aus. Das Licht löst eine chemische Reaktion zwischen den organischen Bausteinen aus, eine sogenannte Photocycloaddition, die erst dann Hohlräume entstehen lässt.

In diese neu geschaffenen Poren strömt Wasser aus der Luft, nachgewiesen per Röntgenbeugung. Der Kristall lasse sich transportieren und das Wasser bei Bedarf freisetzen, erklärt MacGillivray den Fortschritt.

Drei Einschränkungen gehören dazu. Der Modellkristall enthält Cadmium, ein hochgiftiges Schwermetall, für Trinkwasser also ausgeschlossen. Ein ungiftiger Ersatz ist schwer zu finden, weil die Lichtschaltbarkeit an der Geometrie des Cadmiums hängt.

Die Befunde stammen zudem von Einzelkristallen, ob sie sich auf Pulver oder Beschichtungen übertragen lassen, ist offen. Die Autoren selbst nennen ihre Arbeit einen Proof of Concept. Als Forschungsrichtung markiert sie trotzdem, wohin sich schaltbare MOFs entwickeln könnten.

Was hat Wasser aus Wüstenluft mit der Energiewende zu tun?

Wasser und Energie sind ein gekoppeltes System, in beide Richtungen. Elektrolyse braucht stöchiometrisch 9 Liter Wasser pro Kilogramm Wasserstoff, real kommen für Kühlung und Aufbereitung 10 bis 20 Liter dazu. Umgekehrt braucht Stromerzeugung selbst Wasser: Gaskraftwerke rund 1,17 Liter pro Kilowattstunde, Kohlekraftwerke rund 2,2 Liter.

Eine Untersuchung von Xylem und Global Water Intelligence aus 2026 beziffert die direkte Kühlung von Rechenzentren auf nur rund 4 Prozent des zusätzlichen Wasserbedarfs, den Künstliche Intelligenz bis 2050 auslöst. Die Stromerzeugung selbst macht rund 54 Prozent aus. Wer über den Wasserverbrauch von Rechenzentren redet, redet also in Wahrheit über den Strommix, denn erneuerbare Erzeugung braucht praktisch kein Kühlwasser.

Dieselbe Logik gilt für die Wasserernte aus der Luft. Eine Technologie, die drei bis sieben Kilowattstunden pro Liter braucht, wird erst dann zur ernsthaften Option, wenn Strom sauber und billig genug ist. Ein ähnliches Prinzip zeigt sich bei Climeworks' Direct Air Capture: Etwas Dünnes aus der Luft zu holen, ob CO₂ oder Wasserdampf, kostet Energie, egal wie clever das Material ist.

Yaghis Vision einer dezentralen Versorgung, bei der Haushalt oder Kommune sich selbst versorgen, folgt demselben Muster wie Photovoltaik und Batteriespeicher: Wo eine zentrale Ressource knapp wird, entstehen dezentrale technische Alternativen.

Der Bedarf dafür wächst. Laut WHO und UNICEF fehlt 2,1 Milliarden Menschen ein sicher verwalteter Zugang zu Trinkwasser. Eine Auswertung von 170.000 Messstellen in Nature zeigt sinkende Grundwasserspiegel in 71 Prozent der untersuchten Aquifere, in vielen Regionen seit dem Jahr 2000 beschleunigt. Dürre und schwindende Grundwasservorräte treffen dabei auf fortschreitende Wüstenbildung. Im Himalaya hängt die Versorgung von zwei Milliarden Menschen am schmelzenden Schnee.

Manche halten 7 bis 10 Liter am Tag für wenig. Es sei sehr viel, wenn man sonst gar kein Wasser habe, sagt Yaghi. Sein erster Prototyp steht heute im Smithsonian in Washington. Ob das Prinzip die Wüste erreicht, entscheidet am Ende der Strompreis.

Häufige Fragen zu Wasser aus Wüstenluft

Wie viel Energie kostet ein Liter Wasser aus Wüstenluft?

MOF-Wasserernte braucht laut einer Übersichtsarbeit in Nature Reviews Clean Technology (2026) 3 bis 7 Kilowattstunden pro Liter. Meerwasserentsalzung per Umkehrosmose kommt mit 0,003 bis 0,004 Kilowattstunden pro Liter aus. MOF-Technik lohnt sich deshalb nur dort, wo weder Meerzugang noch Stromnetz noch nutzbares Grundwasser vorhanden sind.

Wie viel Wasser liefert ein MOF-Wassererzeuger pro Tag?

Das mikrowellengroße Haushaltsgerät von Water Harvesting Inc. liefert laut Herstellerangabe 7 bis 10 Liter pro Tag für zwei bis drei Personen. Größere Container-Anlagen von Atoco und Kubota/AirJoule geben 950 bis 1.000 Liter pro Tag an, unabhängig geprüfte Messwerte fehlen bislang.

Wie lange hält ein MOF-Material im Wasserernte-Betrieb durch?

Eine Studie in ACS Central Science von 2019 belegt für MOF-303 165 Adsorptions-Desorptions-Zyklen mit vernachlässigbarem Kapazitätsverlust. Verliert das Material seine Funktion, lässt es sich in seine Bausteine zerlegen und neu zusammensetzen.

Gibt es MOF-Wasserernter aus Deutschland?

Bislang keine. BASF produziert MOFs im Tonnenmaßstab, allerdings für CO<sub>2</sub>-Abscheidung und industrielle Gastrennung. Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik verfolgt mit dem Projekt WaLu einen solarbetriebenen Wasserernter auf Basis hygroskopischer Salzlösung.

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