Een nieuw bio-geïnspireerd geïntegreerd systeem voor gelijktijdige nevelwinning en energievoorziening

Nevel omzetten in een bruikbare hulpbron

In veel droge gebieden kampen mensen tegelijkertijd met twee problemen: te weinig schoon water en onvoldoende betrouwbare elektriciteit. Deze studie onderzoekt een nieuw apparaat dat beide uitdagingen aanpakt door water uit nevel te halen en tegelijkertijd de vallende druppels om te zetten in korte stroomstootjes. Geïnspireerd door woestijnplanten en insecten is het systeem ontworpen voor gebruik in afgelegen, off‑grid locaties, waar zelfs bescheiden hoeveelheden water en elektriciteit een groot verschil kunnen maken voor voedselproductie.

Leren van het leven in de woestijn

De natuur heeft het probleem van watervangst uit dunne lucht al opgelost. De kever uit de Namibwoestijn, cactusnaalden en de rand van bekerplanten verzamelen en geleiden allemaal met hoge efficiëntie minuscule druppels. Het onderzoeksteam kopieerde belangrijke eigenschappen van deze organismen om een metalen oppervlak met vertakte groeven te maken. Deze groeven zijn zorgvuldig afgestemd zodat sommige gebieden water aantrekken en andere het afstoten. Terwijl nevel voorbij trekt, landen microdruppels, smelten samen en worden ze langs deze paden getrokken zonder vast te lopen, vergelijkbaar met water dat langs de aderen van een blad naar beneden stroomt.

Hoe het nevelvangeroppervlak werkt

Het hart van het waterwinsende gedeelte is een geprofileerde titaansheet die een synergistisch biomimetisch dendritisch gestructureerd oppervlak wordt genoemd. Het is gemaakt door laseretsen en lichtbehandeling om kleine richels en een geleidelijke verandering in hoe verschillende regio’s water aantrekken te creëren. Wanneer nevel dit oppervlak raakt, vormen druppels zich eerst op super‑watervretende zijtakken en worden ze vervolgens naar een hoofdnerf en naar een opvangpunt getrokken. De vorm van de groeven, de helling van de takken en de geleidelijke wijziging in natheid werken samen om druppels in één richting te duwen. Tests toonden aan dat het beste ontwerp bijna tien gram water per vierkante centimeter per uur oogstte, meer dan vier keer zoveel als een eenvoudige titaansheet.

Vallende druppels omzetten in elektriciteit

Het tweede belangrijke onderdeel van het systeem is een druppelgebaseerde tribo-elektrische nanogenerator, een apparaat dat de beweging van waterdruppels in elektrische signalen omzet. Nadat nevelwater is verzameld en van de vangplaat afdruipt, landt het op een hellende plaat gemaakt van een zacht rubberachtig materiaal gemengd met een geleidende verbinding genaamd MXene. Wanneer elke druppel deze gecoate plaat raakt en zich verspreidt, worden elektrische ladingen aan het oppervlak herschikt en vloeit er een klein stroompulsje tussen verborgen metalen lagen. Door de juiste druppelgrootte, valhoogte en hellingshoek te kiezen verhoogde het team zowel de stroomsterkte als de spanning, terwijl het oppervlak zo waterafstotend bleef dat druppels wegrollen in plaats van een kleverige film te vormen.

Water en stroom inzetten voor planten

Om te laten zien dat de gecombineerde nevelvanger en generator daadwerkelijk werk kunnen verrichten, bouwden de onderzoekers een kleine kamer bekleed met vijfentwintig van de geprofileerde metalen eenheden. Onder nevelachtige omstandigheden verzamelde deze module ongeveer 1,6 liter water gedurende de nacht per een derde vierkante meter oppervlakte, genoeg om in een droog klimaat te voorzien in het grootste deel van iemands dagelijkse drinkbehoefte. Het opgeslagen water stroomde vervolgens door de zwaartekracht via een druppelleiding over de stroomproducerende plaat en uiteindelijk in de grond met gerstekorrels. De kleine stroompulsjes werden gebruikt om kleine lampjes te laten branden die fungeren als groeiverlichting voor planten, terwijl het geoogste water de zaden van water voorzag. Over meerdere dagen groeide de met nevel bewaterde gerst hoger en gezonder dan de onbehandelde controle.

Een nieuw instrument voor droge maar vochtige plekken

Het voltooide systeem toont aan dat nevel tegelijk als waterbron en als zachte energiebron kan dienen. Het speciale oppervlak vangt en geleidt druppels zeer efficiënt, en de door druppels aangedreven plaat levert betrouwbaar laagvermogen‑elektriciteit die geschikt is voor sensoren of kleine lampen. Omdat de aanpak alleen afhankelijk is van lokale luchtvochtigheid en zwaartekracht, is het goed toepasbaar in kustwoestijnen en andere gebieden waar de lucht vochtig is maar vloeibaar water en elektriciteitsnetten schaars zijn. Hoewel er meer werk nodig is om volledige waterzuivering en langdurige bescherming van de metalen onderdelen toe te voegen, biedt dit bio‑geïnspireerde ontwerp een praktische weg naar kleine, zelfvoorzienende units die landbouw en dagelijks leven in waterschaarse regio’s ondersteunen.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: nevelwinning, water en energie, bio-geïnspireerde oppervlakken, tribo-elektrische nanogenerator, off‑grid landbouw