Ein neuartiges bioinspiriertes integriertes System zur gleichzeitigen Nebelgewinnung und Energieversorgung

Nebel in eine wertvolle Ressource verwandeln

In vielen trockenen Regionen sehen sich Menschen zwei Problemen gleichzeitig gegenüber: zu wenig sauberes Wasser und unzuverlässige Stromversorgung. Diese Studie untersucht ein neues Gerät, das beide Herausforderungen angeht, indem es Wasser aus Nebel gewinnt und die fallenden Tropfen gleichzeitig in kleine Energiestöße umwandelt. Inspiriert von Wüstenpflanzen und Insekten ist das System für den Einsatz an abgelegenen, netzfernen Orten konzipiert, wo bereits geringe Mengen an Wasser und Strom einen großen Unterschied beim Anbau von Nahrung machen können.

Von der Wüstenwelt lernen

Die Natur hat das Problem, Wasser aus dünner Luft zu fangen, bereits gelöst. Der Käfer der Namib‑Wüste, Kaktusstacheln und der Rand von Kannenpflanzen sammeln und leiten winzige Tropfen äußerst effizient. Das Forscherteam übernahm zentrale Merkmale dieser Organismen und schuf eine Metalloberfläche mit verzweigten Rillen. Diese Rillen sind so abgestimmt, dass einige Bereiche Wasser anziehen und andere es abstoßen. Wenn Nebel vorbeizieht, setzen sich Mikrotropfen ab, verschmelzen und werden entlang dieser Pfade bewegt, ohne zu haften — ähnlich wie Wasser, das die Adern eines Blattes hinabfließt.

Wie die Nebelsammler‑Oberfläche funktioniert

Das Herzstück des Wassergewinnungsanteils ist eine gemusterte Titanplatte, genannt synergistische biomimetische dendritische Strukturoberfläche. Sie entsteht durch Laserätzen und Lichtbehandlung, wodurch winzige Rippen und ein sanfter Übergang in der Wasseranziehung verschiedener Bereiche erzeugt werden. Trifft Nebel auf diese Oberfläche, bilden sich zunächst Tropfen an superhydrophilen Seitenästen, anschließend werden sie zum Hauptstamm gezogen und zu einem Sammelpunkt geleitet. Die Form der Rillen, die Neigung der Verzweigungen und der allmähliche Wechsel in der Benetzbarkeit wirken zusammen, um Tropfen in eine Richtung zu treiben. Tests zeigten, dass das beste Design nahezu zehn Gramm Wasser pro Quadratzentimeter pro Stunde sammelte — mehr als viermal so viel wie eine unbehandelte Titanplatte.

Falling Drops in Strom verwandeln

Der zweite zentrale Teil des Systems ist ein tropfenbasierter triboelektrischer Nanogenerator, ein Gerät, das die Bewegung von Wassertropfen in elektrische Signale umwandelt. Nachdem sich Nebelwasser gesammelt hat und abtropft, landet es auf einer geneigten Platte aus einem weichen gummiartigen Material, das mit einer leitfähigen Verbindung namens MXene gemischt ist. Wenn ein Tropfen auf diese beschichtete Platte trifft und sich darauf ausbreitet, werden elektrische Ladungen an der Oberfläche neu verteilt und ein winziger Stromimpuls fließt zwischen versteckten Metallschichten. Durch Wahl der richtigen Tropfengröße, Fallhöhe und Neigungswinkel erhöhte das Team sowohl Stromstärke als auch Spannung, während die Oberfläche weiterhin so wasserabweisend blieb, dass Tropfen wegrollen anstatt einen klebrigen Film zu bilden.

Wasser und Energie für Pflanzen nutzbar machen

Um zu zeigen, dass der kombinierte Nebelsammler und Generator praktische Arbeit leisten kann, bauten die Forscher eine kleine Kammer aus fünfundzwanzig der gemusterten Metalleinheiten. Unter nebelähnlichen Bedingungen sammelte dieses Modul über Nacht etwa 1,6 Liter Wasser pro einem Drittel Quadratmeter Fläche — genug, um in einem trockenen Klima den täglichen Trinkbedarf von einer Person weitgehend zu decken. Das gespeicherte Wasser floss dann per Schwerkraft durch eine Tropfleitung auf die stromerzeugende Platte und schließlich in Erde mit Gerstensamen. Die winzigen Energiestöße wurden verwendet, um kleine Lampen zu betreiben, die Beleuchtung für Pflanzen simulierten, während das geerntete Wasser die Samen bewässerte. Innerhalb weniger Tage wuchs die mit Nebel bewässerte Gerste größer und gesünder als die unbehandeten Kontrollen.

Ein neues Werkzeug für trockene, aber feuchte Orte

Das fertig entwickelte System zeigt, dass Nebel gleichzeitig als Wasserquelle und als sanfte Energiequelle genutzt werden kann. Die spezielle Oberfläche fängt und leitet Tropfen sehr effizient, und die tropfenbetriebene Platte erzeugt zuverlässig niedrigstufige Elektrizität, geeignet für Sensoren oder kleine Leuchten. Da der Ansatz nur auf lokale Luftfeuchtigkeit und Schwerkraft angewiesen ist, eignet er sich gut für Küstenwüsten und andere Regionen, in denen die Luft feucht, flüssiges Wasser und Stromleitungen jedoch knapp sind. Während noch Arbeit an vollständiger Wasseraufbereitung und langzeitlichem Schutz der Metallteile nötig ist, bietet dieses bioinspirierte Design einen praktischen Weg zu kleinen, selbständigen Einheiten, die Landwirtschaft und Alltag in wasserarmen Regionen unterstützen können.

Zitation: Gao, H., Li, L., Hu, Y. et al. A novel bioinspired integrated system for simultaneous fog harvesting and energy supply. Microsyst Nanoeng 12, 174 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01240-1

Schlüsselwörter: Nebelgewinnung, Wasser und Energie, bioinspirierte Oberflächen, triboelektrischer Nanogenerator, netzferne Landwirtschaft