Die Verfügbarkeit von sauberem Trinkwasser ist weltweit zunehmend eingeschränkt. In nebelreichen Küsten- und Bergregionen kommen bereits Nebelkollektoren zum Einsatz: Feinmaschige Netze scheiden Tropfen au der Luft ab, sammeln sie und leiten sie ab. Unter günstigen Bedingungen liefern solche Systeme mehrere Liter pro Quadratmeter und Tag – dennoch geht ein Teil des Nebelwassers durch Wind und unzureichende Haftung verloren.

Hier setzen die Forschungsteams an: An der TU Darmstadt entwickelte, papierbasierte Nebelkollektoren wurden vom Kasseler Team mittels gezielter Ultrakurzpuls-Laserablation so modifiziert, dass ihre Effizienz gesteigert wird. Die beschichteten Papiere sind leicht, kostengünstig, ressourcenschonend und großflächig einsetzbar. Durch den lokalen Abtrag der superhydrophoben – also stark wasserabweisenden – Beschichtung an der Universität Kassel entstehen mikroskopisch kleine Sammelpunkte, die das Wasser binden und das Tropfenwachstum fördern. Zusammen mit gezielt erzeugten Fließwegen wird so ein kontrolliertes Abfließen ermöglicht. Ziel ist eine robustere Wasserausbeute gegenüber Wind und wechselnden Umweltbedingungen.

„Die werkstofftechnischen Möglichkeiten in Licht-basierter Strukturierung erweitern das Eigenschaftsprofil der von uns entwickelten funktionalen Papiercoatings signifikant. Erstmalig ist so ein kontrollierter Transport von Wasser in vordefinierten Kanälen auf der Oberfläche von papierbasierten Nebelkollektoren möglich“, erläutert Prof. Markus Biesalski, Leiter des Fachgebiets Makromolekulare Chemie & Papierchemie der TU Darmstadt.

„Für uns ist entscheidend, dass wir die Stabilität des Papiers erhalten und nur die Benetzbarkeit durch Ultrakurzpuls-Laserablation gezielt beeinflussen“, betont Prof. Camilo Florian-Baron, Leiter des Fachgebiets Extremes Licht für Werkstoffstrukturen. Labortests mit künstlichem Nebel belegen die Wirksamkeit des Ansatzes: Die Ausbeute der behandelten Papierkollektoren liegt über zehn Prozent höher als bei unbehandelten Referenzproben – bei nur minimaler Beeinträchtigung der Stabilität des Materials. Ein Vorteil der Methode ist die präzise, durch ultrakurze Laserpulse erreichbare Strukturierung: Sammelpunkte lassen sich in verschiedenen Mustern anlegen und an Klima sowie Windrichtungen anpassen, um den Ertrag zu optimieren.

„Die Vorteile des Laserabtrags liegen darin, dass er eine lokal begrenzte und kantenscharfe Strukturierung ermöglicht. Dadurch kann der Einfluss unterschiedlicher Muster auf die Tropfenbildung und den Flüssigkeitstransport gezielt untersucht werden“, erklärt Dr.-Ing. Martin Kahlmeyer, Erstautor der Studie vom Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren (tff).

Zukünftige Forschungsarbeiten sollen dabei die Technologie unter realen Umweltbedingungen testen und weiter verbessern, um Effizienz und Langlebigkeit der Kollektoren langfristig zu steigern.

Uni Kassel / pg