Metallorganisches Gerüst
Herzstück der Innovation ist ein metallorganisches Gerüst (MOF), ein mikroporöses Material. Die Porengrößen sind gezielt anpassbar, sodass sie bevorzugt bestimmte Flüssigkeiten oder Gase aufnehmen. "Eine effiziente Wassernutzung ist eine zentrale Herausforderung für Landwirte, die angesichts des Klimawandels mit der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung konfrontiert sind", so die beiden KAUST-Werkstoffwissenschaftler Mohamed Eddaoudi und Khaled Salama.
"Wir haben verschiedene MOFs untersucht, darunter das hochporöse Cr-soc-MOF-1, das von unserer Gruppe am KAUST entwickelt wurde", sagt Doktorandin Norah Alsadun. Das Material könne doppelt so viel Wasser speichern, wie sein Eigengewicht ausmacht. Wird der Sensor in feuchten Boden eingeführt, verdrängt Wasser die Luft in den MOFs. Dadurch ändert sich die elektrische Kapazität der Anordnung, die sich messen lässt. Ändert sich die Kapazität nicht, ist der Boden zu trocken und die darauf wachsenden Pflanzen benötigen Wasser.
Automatische Bewässerung
Die Entwickler haben ihre neuen Sensoren mit unterschiedlichen MOFs in lehmigen sandigen Böden getestet, die sich in Textur und Wasserspeicherkapazität signifikant unterscheiden. Der Cr-soc-MOF-1-beschichtete Bodenfeuchtesensor hat die höchste Empfindlichkeit in lehmigen Böden", sagt Salama. Das Ergebnis liege nach etwa 500 Sekunden vor. Das Gerät ließ sich auch von Metallionen im Boden nicht beirren.
"Wir entwickeln jetzt einen tragbaren Prototyp des Bodenfeuchtesensors, der sich leicht für Kontrollexperimente in realen Feldmessungen verwenden lässt", erklärt Eddaoudi. Ziel sei es, den Sensor so weiterzuentwickeln, dass er im Boden verbleibt und die Messergebnisse etwa an ein Smartphone schickt, damit der Landwirt schnell reagieren kann. Er könnte sogar mit einer Beregnungsanlage kombiniert werden, die automatisch bewässert, wenn der Sensor Dürre meldet. (pte)