Sauberes Wasser aus Nebel

Zürich (Schweiz ) - Von der Pazifikküste Perus treiben häufig Nebelschwaden die Hänge der Anden hinauf. Aus diesen Schwaden sammeln Nebelfänger, die entfernt an gespannte Volleyballnetze erinnern, Süßwasser. Sie bestehen aus einem Netzwerk aus dünnen Perlonfäden und finden gerade in trockenen Regionen von Peru, Bolivien und Chile, aber auch in Oman oder Marokko eine zunehmende Verbreitung. Über die Kondensation der Tropfen lassen sich mit einem einzigen Netz bis zu mehrere hundert Liter Wasser an einem Tag sammeln. Nun optimierte eine Arbeitsgruppe der ETH Zürich diese effiziente Technik weiter. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Sustainability“ berichten, kann das kondensierte Wasser mit einer speziellen Nanobeschichtung auf den Kunststofffäden zusätzlich noch gereinigt werden.

So hilfreich diese Methode signifikante Wassermengen sammeln kann, hat sie bisher noch einen Nachteil. Denn gerade in der Nähe von Städten ist die Luftverschmutzung so groß, dass sich beispielsweise organische Schadstoffe aus dem Nebel auch in dem gesammelten Wasser anreichern. Daher entwickelten Thomas M. Schutzius und seine Kollegen eine Beschichtung auf der Basis von winzigen Titandioxid-Partikeln und dem Silikon-Polymer Polydimethylsiloxan (PDMS). Titandioxid zeigte dabei eine katalytische Wirkung auf organische Schadstoffe, die zu einem Großteil zersetzt werden konnten.

Diese Katalyse-Reaktion läuft grundsätzlich unter gleichzeitiger Beleuchtung mit ultraviolettem Licht – einem Teil der Sonnenstrahlung – ab. Doch auch ohne UV-Licht konnten organische Moleküle an den beschichteten Fäden zersetzt werden. Dafür machten die Forscher einen speziellen Effekt, das so genannte photokatalyische Gedächtnis von Titandioxid, verantwortlich. Allerdings musste das Titandioxid auf den Fäden jeden Tag mindestens eine halbe Stunde der UV-Strahlung der Sonne ausgesetzt sein, um wieder für einen weiteren Tag reaktiviert zu werden.

Ihr Konzept für einen Wasser reinigenden Nebelfänger analysierte Schutzius mit seinem Team in zwei Testreihen. Zum einen aktivierten sie die beschichteten Fäden im Labor mit künstlichem UV-Licht, zum anderen nutzten sie das natürliche Sonnenlicht in einem Freiluftversuch. In beiden Experimenten erzeugten sie künstlichen Nebel, indem sie mit verschiedenen organischen Substanzen verunreinigtes Wasser verdampften. Jedesmal konnte ein Großteil der Schadstoffe wie beispielsweise Diesel oder die Chemikalie Bisphenol A zersetzt werden, bei sonnigem Wetter bis zu 90 Prozent. Nur bei Bewölkung ohne nennenswerte UV-Strahlung fiel der Wert auf immer noch beachtliche 85 Prozent ab.

„Unser System sammelt nicht nur Wasser aus Nebel, sondern reinigt es sogar“, sagt Ritwock Ghosh vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, der an den Arbeiten während eines Studienaufenthalts in Zürich beteiligt war. Vor einer Anwendung dieser reinigenden Beschichtungen in Nebelfängern, wollen die Forscher die katalytische Aktivität ohne UV-Licht noch genauer untersuchen und verstehen. Neben Nebelfängern in Trockenregionen kann sich Schutzius auch eine Anwendung in Kühltürmen von Kraftwerken vorstellen, die große Mengen Wasserdampf freisetzen. „Es wäre sinnvoll, einen Teil dieses Wassers zu sammeln bevor es entweicht. Und dabei sicher gehen, dass es auch sauber ist“, sagt Schutzius.