Wissenschaftler haben ein bioinspiriertes Garn entwickelt, das in der Lage ist, Wasser aus Nebel zu gewinnen und so eine innovative Lösung für die Wasserknappheit in trockenen Regionen zu bieten. Durch die Nachahmung der abwechselnden hydrophoben und hydrophilen Muster von Wüstenkäfern und der Wassertransportfähigkeiten eindimensionaler Spinnenseide im Mikro-/Nanomaßstab beschleunigt dieses doppelsträngige Garn die Tröpfchenbildung und bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Bewältigung der globalen Wasserkrise.
Wasserknappheit ist ein immer dringlicheres Problem, insbesondere in abgelegenen und trockenen Regionen, in denen der Zugang zu Süßwasser begrenzt ist. Herkömmliche Methoden zur Sammlung von atmosphärischem Wasser sind aufgrund des hohen Energiebedarfs oder der langsamen Wasserfreisetzungsprozesse oft ineffizient. Die Natur bietet jedoch Lösungen durch Organismen, die hocheffiziente Wassersammelmechanismen entwickelt haben. Als Reaktion auf diese Herausforderungen besteht ein klarer Bedarf an der Entwicklung fortschrittlicher Materialien, die die Effizienz der Wassergewinnung verbessern können.
In der Forschung veröffentlicht im Chinesisches Journal für PolymerwissenschaftWissenschaftler des Beijing Institute of Graphic Communication und der Beihang University stellten ein doppelsträngiges Garn mit abwechselnden hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften vor. Inspiriert durch die Fähigkeit von Wüstenkäfern und Spinnenseide, Wasser zu sammeln, wurde das mit Elektrospinn- und Zwirntechniken hergestellte Garn für eine hocheffiziente Nebelsammlung entwickelt und deckt damit den dringenden Bedarf an nachhaltigen Wasserquellen.
Die Forschung beleuchtet die Entwicklung eines doppelsträngigen Garns aus hydrophobem Polyvinylidenfluorid-co-Hexafluorpropylen (PVDF-HFP) und hydrophilen Polyacrylnitril (PAN)-Nanofasern, inspiriert von natürlichen Nebel sammelnden Organismen wie Wüstenkäfern und Spinnenseide. Mithilfe von Elektrospinn- und Zwirntechniken konstruierte das Team das Garn mit abwechselnden hydrophoben und hydrophilen Segmenten und schuf so eine Struktur, die die Wasseraufnahmemechanismen der Natur nachahmt.
Die hydrophoben Abschnitte fördern eine schnelle Ansammlung von Wassertröpfchen, während die hydrophilen Abschnitte den Transport dieser Tröpfchen verbessern und so eine schnellere Koaleszenz und Sammlung ermöglichen. Beim Test in einer kontrollierten Nebelumgebung zeigte dieses Garn eine deutliche Verbesserung der Wassersammeleffizienz und erreichte eine Rate von 3,20 g·h−1·cm−2.
Die Kombination aus hydrophober Wasseraufnahme und hydrophilem Wassertransport erwies sich als weitaus effektiver als die Verwendung homogener Garne. Diese Innovation stellt eine skalierbare Lösung dar, die in nebelreichen Umgebungen eine hohe Leistung bietet und für die Verbesserung des Wasserzugangs in dürregefährdeten Regionen von entscheidender Bedeutung sein könnte.
Prof. Yong Zhao von der Universität Beihang, ein Experte für bioinspirierte Materialien, erklärte: „Dieser Fortschritt zeigt, wie Biomimikry hocheffiziente und nachhaltige Lösungen für globale Herausforderungen wie Wasserknappheit vorantreiben kann. Das alternierende Benetzbarkeitsdesign emuliert die Präzision der Natur und steigert die Nebelsammelleistung erheblich.“ .“
Die Forschung hat weitreichende Auswirkungen, insbesondere für Regionen mit schwerer Wasserknappheit. Das skalierbare und effiziente Design des Garns macht es ideal für den Einsatz in nebelgefährdeten Gebieten und bietet eine zuverlässige Süßwasserquelle. Dieser Durchbruch ebnet auch den Weg für zukünftige Innovationen bei Wassergewinnungstechnologien mit dem Potenzial, die Nachhaltigkeit atmosphärischer Wassersammelsysteme weltweit zu verbessern.
Weitere Informationen:
Lan-Lan Hou et al., Bioinspiriertes doppelsträngiges Garn mit abwechselnden hydrophoben/hydrophilen Mustern für eine hocheffiziente Nebelsammlung, Chinesisches Journal für Polymerwissenschaft (2024). DOI: 10.1007/s10118-024-3109-5
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