Inspiriert von Spinnennetzen gewinnen Wissenschaftler Wasser aus der Luft

Jul 11, 2023

bearcreative/iStock

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Inspiriert von Spinnennetzen und Käfern haben Wissenschaftler einen effizienten Weg gefunden, Wasser aus der Luft zu gewinnen, indem sie Wasserdampf einfangen und ihn in Flüssigkeit umwandeln.

Dies geht aus einer am Montag veröffentlichten Pressemitteilung der University of Waterloo hervor.

Die Forscher hoffen nun, dass ihre Erfindung das weltweite Problem der Süßwasserknappheit lösen und eine praktikable Alternative zu Wasser aus Flüssen, Seen, Grundwasser und Ozeanen bieten wird.

Die Forschung wurde von Professor Michael Tam von der University of Waterloo und seinen Doktoranden Yi Wang und Weinan Zhao geleitet. Es besteht aus Schwämmen oder Membranen mit einer großen Oberfläche, die ohne den Einsatz schwerer Maschinen oder komplexer Prozesse kontinuierlich Feuchtigkeit aus ihrer natürlichen Umgebung aufnehmen.

Die Idee zur Erfindung kam von Spinnennetzen und Käfern.

„Ein Spinnennetz ist ein Wunderwerk der Ingenieurskunst“, sagte Tam, Forschungsprofessor an der Universität im Bereich funktionelle Kolloide und nachhaltige Nanomaterialien. „Wasser wird effizient vom Netz erfasst. Die Spinne muss zum Trinken nicht zum Fluss gehen, da sie Feuchtigkeit aus der Luft einfängt.“

Mit einem ähnlichen Verfahren produzieren Namib-Wüstenkäfer „Wasser aus dünner Luft, indem sie sich in den Wind lehnen, um mit ihrem strukturierten Körperpanzer Wassertröpfchen aus dem Nebel einzufangen.“ Dadurch kann sich die Feuchtigkeit ansammeln und in ihren Mund tropfen.“

Um ihr neues Gerät zu erfinden, nutzten die Forscher ein Verfahren namens biomimetische Oberflächentechnik. Sie haben im Wesentlichen die einzigartige Oberflächenstruktur des Käfers nachgebildet, indem sie eine zellulosestabilisierte Wachsemulsion verwendet haben, um Oberflächen zu konstruieren, die kleinere Wassertröpfchen anziehen und größere schnell und effizient freisetzen.

Besser noch: Die Erfindung verwendet kohlenstofffreie Materialien (natürliche und pflanzliche Materialien), um sicherzustellen, dass die resultierende Technologie nachhaltig ist. Diese Werkzeuge fangen Wassertröpfchen auf fast magische Weise ein und stoßen sie ab, indem sie die Kraft der Grenzflächenwissenschaft und der Nanotechnologie nutzen.

Die Erfindung des Forschers fängt mit minimalem Energieaufwand Wasser aus der Luft ein und entfeuchtet es effizient. Da die Lösung kostengünstig, energieeffizient und umweltfreundlich ist, prüfen die Forscher nun eine Skalierung ihres Prozesses.

Dies ist nicht die erste Entwicklung, bei der Wasser aus dünner Luft hergestellt wird.

Im April 22 berichtete Interesting Engineering über ein Unternehmen namens SOURCE Global, das Hydropanels herstellte, die Sonnenenergie nutzten, um sauberes Trinkwasser aus der Luft zu gewinnen.

Der Bordwasserbehälter des Unternehmens könnte sogar bequem direkt an den Trinkwasserhahn eines Gebäudes angeschlossen werden und die Lösung bereitet das Wasser auf, um einen verbesserten Geschmack zu gewährleisten.

„Mädchen und Frauen verbringen durchschnittlich 200 Millionen Stunden täglich damit, Wasser zu holen. Das war die Hauptmotivation für unser Unternehmen – Frauen sollten kein Wasser mehr schleppen müssen. Es inspirierte Cody Friesen [den Gründer], nach einer Möglichkeit zu suchen, Wasser zu zapfen.“ „Wir wollen diese unbegrenzte Ressource, den Wasserdampf in der Luft, nutzen und sie in die Hände der Menschen geben, die sie brauchen“, sagte Thomas Borns, US-Direktvertriebsleiter bei SOURCE Global, damals in einem Videointerview mit IE.

Könnte es sein, dass die Luft um uns herum alles enthält, was wir zum Überleben brauchen? Diese Erfindungen zeigen definitiv, dass Wasserdampf mit ein wenig Einfallsreichtum viel bewirken kann!

Die Studie ist in Nature Water veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Aufgrund der sich ändernden klimatischen Bedingungen wird die Süßwasserknappheit zu einem globalen Problem, was die Entwicklung wetterunabhängiger Wassergewinnungstechnologien vorangetrieben hat. Jüngste Fortschritte bei der Regulierung von Oberflächeneigenschaften zur Anpassung des Wasseraufnahme-/-abgabeverhaltens haben zunehmende Aufmerksamkeit für Wassergewinnungsanwendungen wie Nebel-/Tauernte, Feuchtigkeitsgewinnung und Sonnenverdunstung auf sich gezogen. Dieser Aufsatz bietet einen Überblick über die Gestaltung von Oberflächen und die Manipulation aktiver Komponenten, um das Verhalten von Wassertröpfchen in verschiedenen Wassergewinnungssystemen abzustimmen. Inspiriert von der Natur präsentieren wir einen kritischen Überblick über die Oberflächenbenetzbarkeit, Strukturen und Zusammensetzungen, die verschiedene Insekten und Pflanzen zur Bewältigung ihres Wasserbedarfs nutzen. Wir fassen die neuesten Fortschritte bei der Entwicklung gewünschter Oberflächeneigenschaften und Strategien zusammen, um Schlüsselprozesse bei der Wassergewinnung wie Tröpfchenkeimbildung, -wachstum und -entfernung, Dampfsorption/-desorption und Verdunstung voranzutreiben. Hervorgehoben werden die Herausforderungen und Möglichkeiten zur Weiterentwicklung eines nachhaltigen Wassernutzungssystems, das sowohl Grundlagenforschung als auch praktische Umsetzung umfasst.