Neues System fängt Nebel ein und wandelt ihn in sauberes Wasser um

ETH Zürich

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Forscher der ETH Zürich haben ein System entwickelt, das Nebel in der Atmosphäre einfängt und gleichzeitig Schadstoffe entfernt, während es mit Solarenergie läuft.

Das Ernte- und Wasseraufbereitungssystem besteht aus einem Metalldrahtgeflecht mit einer durch Sonnenlicht aktivierten reaktiven Beschichtung, die den Nebel einfängt. Die Wassertröpfchen rieseln dann nach unten in einen darunter liegenden Behälter. Das Netz ist mit einer Mischung aus speziell ausgewählten Polymeren und Titandioxid beschichtet, das als chemischer Katalysator fungiert und die Moleküle der Schadstoffe in harmlose Partikel zerlegt.

„Unser System sammelt nicht nur Nebel, sondern bereitet das gesammelte Wasser auch auf, sodass es in Gebieten mit Luftverschmutzung eingesetzt werden kann, beispielsweise in dicht besiedelten städtischen Zentren“, sagte Ritwick Ghosh, Co-Autor der Arbeit und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut Institut für Polymerforschung.

Das System ist energieeffizient, da es kaum oder gar keine Wartung benötigt. Durch eine regelmäßig kleine UV-Dosis wird zur Regeneration des Katalysators nur sehr wenig Energie benötigt. Eine halbe Stunde Sonnenlicht reiche aus, um das Titanoxid 24 Stunden lang zu reaktivieren, behaupten die Forscher in der Pressemitteilung.

Diese Eigenschaft ist wichtig für Bereiche, die nicht genügend Sonnenlicht erhalten.

Die Forscher testeten den in ihren Laboren und einer kleinen Anlage in Zürich gesammelten Nebel. Dies ist ein Warnsignal in der Studie, da es unser Verständnis davon einschränkt, wie sich ihr neu entwickeltes System in der realen Atmosphäre verhalten würde.

Laut Pressemitteilung sammelten die Forscher 8 Prozent des Wassers aus dem künstlich erzeugten Labornebel und bauten 94 Prozent der zugesetzten organischen Verbindungen wie Dieseltröpfchen und Bisphenol A ab.

„In den Kühltürmen entweicht Dampf in die Atmosphäre. „In den Vereinigten Staaten, wo ich lebe, verbrauchen wir große Mengen Süßwasser zur Kühlung von Kraftwerken“, sagte Thomas Schutzius, ein weiterer Co-Autor der Studie und Professor an der University of California, Berkeley.

„Es wäre sinnvoll, einen Teil dieses Wassers aufzufangen, bevor es entweicht, und sicherzustellen, dass es rein ist, falls man es wieder in die Umwelt zurückführen möchte“, fügte er hinzu.

Mit ihrer Studie wollen die Forscher die globale Herausforderung der Wasserknappheit angehen. Obwohl wir über genügend Süßwasserquellen verfügen, könnte ihr neuestes System die Wassergewinnungssysteme weiterentwickeln.

Die Studie wurde in der peer-reviewten Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Die atmosphärische Wassergewinnung sorgt für eine dezentrale und nachhaltige Versorgung mit Süßwasser in Gebieten abseits natürlicher Wasserressourcen. Eine große Herausforderung besteht jedoch darin, dass Wasserquellen wie Nebel einer Kontamination durch Luftschadstoffe ausgesetzt sind, insbesondere in der Nähe von Bevölkerungszentren. Hier demonstrieren wir ein rational konzipiertes System, das Nebel mit hoher Effizienz einfangen und gleichzeitig organische Schadstoffe abbauen kann. Das Herzstück unseres Designs ist ein Drahtgeflecht, das mit Anatas-Titandioxid-Nanopartikeln beschichtet ist, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Sobald die photoaktive Titandioxidschicht durch Sonnenlicht aktiviert wird, zersetzt sie organische Moleküle wie Diesel, selbst ohne Sonnenlicht. Darüber hinaus ist die Benetzbarkeit der Netzoberfläche so gestaltet, dass sie die Wasserextraktion verbessert. In Outdoor-Tests konnte das Gerät eine gute Nebelsammelleistung sowie eine Wasseraufbereitungseffizienz von >85 % aufrechterhalten. Die in unserer Studie demonstrierte kontinuierliche Produktion von Wasser mit passiver Reinigung bietet eine energiefreie Lösung zur Bewältigung der Wasserknappheit.