Tåkefangere kan sikre folk drikkevann

1 month ago 21

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Bildet viser vanndråper i et edderkoppnett. Å fange vann med tråder er gammel kunnskap, men det er mulig å gjøre nettene mer effektive, mener forskere. (Foto: Laura Geror / Unsplash)

Over to milliarder mennesker har ikke rent og trygt drikkevann. Det haster å finne løsninger, mener matematiker.

I 2023 dro en gruppe matematikere på feltarbeid til et tørt fjellområde i Marokko. Der får 16 landsbyer dekket store deler av drikkevannet sitt fra en gammel, men enkel teknologi: tåkefangere.

Tåkefangerne består av store rammer med et nett av plasttråder inni. Når vinden blåser de ørsmå dråpene i tåken mot nettene, vil noen av dråpene feste seg i nettet. Derfra drypper og renner de ned i en vannsamler nederst.

– Vannmangel er en stor utfordring mange steder i verden. Vi må se på hvordan vi kan kombinere ulike bærekraftige teknologier. Tåkefangere kan ikke hjelpe alle overalt, men de kan ha større lokal påvirkning enn mange tror. Det er mange flere som kunne ha glede av dette. På verdensbasis er dette dårlig utnyttet, sier professor i fluiddynamikk, Andreas Carlson, ved Universitetet i Oslo.

Annette Cazaubiel, Vanessa Kern, Stephane Poulain, Mounir Abbar, Andreas Carlson.

Carlson mente at det burde være mulig å lage tåkefangernettene bedre.

Et team bestående av forskerne Vanessa Kern, Annette Cazaubiel og Stephane Poulain har jobbet med å bruke kunnskap om hvordan ørsmå vanndråper oppfører seg til å forbedre tåkefangere.

Hvordan oppfører vanndråper seg?

– Vi vet ikke nok om fysikken til små vanndråper, sier Carlson. For eksempel vet vi lite om hvordan vibrasjon fra vinden endrer nettets evne til å føre vannet ned i tankene.

På feltarbeidet så de at det var flere utfordringer med nettene: Dersom vanndråpen ble for stor, kunne vinden blåse den av nettet i stedet for at den rant ned i vannbeholderen.

I tillegg setter dråpene seg fast der trådene møtes. Det hindrer dem i å renne nedover.

Løsning med en tvist

Stephane Poulain undersøker ett av tåkefangerne i Marokko.

For å forstå hva som skjer, begynte de med det helt enkle: en tråd.

– Hvis man har en tråd i tåke, vil man alltid få dråper, aldri en film, for den er ustabil. Derfor tenkte vi: Hvis vi gjør en mekanisk endring på tråden på samme måte som et tau, får vi to fibre i stedet for ett. Hva skjer da?

Når to tråder er tvunnet sammen, kan man se på det som en grøft eller en sklie som fører dråpen nedover.

– Det var en enkel måte å kontrollere geometrien i tråden på samtidig som vi også styrket systemet, forklarer Carlson.

Da de testet dette, så de noe rart: Bølgelengden på «tvisten» har mye å si for hvor mye vann som renner ned.

– Det virker veldig banalt, men det betyr at vi kan designe et nettverk som gjør at dråpene ikke samler seg opp. Vi kan kontrollere vannets bevegelser. Det er interessant fordi det også kan påvirke funksjoner til overflaten uten bruk av kjemiske prosesser og kan bane vei for å skape nye komplekse materialer.

Lett å forbedre vannsamlingen med 20 prosent eller bedre

Ved å tvinne tråden fremfor å ha enkle tråder ble nettene trolig et sted mellom 20 prosent eller bedre. Grunnen til at forskerne er usikre på anslaget, er at oppsettet de testet, var forskjellig fra de andre nettene på flere måter.

– Du kan se på en tvinnet tråd som en form for drenering. Det fungerer akkurat som en grøft rundt et hus. Vannet renner ned i grøften i stedet og gjør trådene mer effektive, sier Carlson.

Han forteller at dette fremdeles er grunnforskning fordi forståelsen for hvorfor og hva som skjer rent fysisk, fremdeles ikke er fullt ut forstått. Derfor mener han også at det er flere ting som trolig kan bedre nettenes evne til å fange vann.

For eksempel vil det være mulig å se på nettenes struktur eller ulike materialer. Så langt har forskerne holdt seg til plastmaterialer.

– Så langt har vi jobbet med tråder, men vi ønsker å utvikle en helhetlig nettstruktur, sier Carlson.

Tåkefangernettene består av mange fine tråder. Hver for seg fanger de dråper, men til sammen holder disse nettene liv i 16 landsbyer.

Tåkefangere kan ikke løse vannmangel globalt

For befolkningen nær Mt. Boutmezguida der forskerne var på feltarbeid, har tåkefangerne mye å si. Dette er et område som er preget av fraflytting. Det er lite økonomisk vekst.

Tåkefangerne sørger for at de som bor der, har jevn tilgang til drikkevann gjennom hele året, noe som har vært en utfordring tidligere, ifølge Carlson.

Han er klar på at denne teknologien ikke kan dekke vannbehovet for de 2,2 milliardene som mangler tilgang til rent og trygt drikkevann. Noe av dette skyldes at tåkefangerne virker i områder med tåke og noe vind.

Likevel mener Carlson at designet kanskje kan endres slik at de kan fange vann andre steder også:

– Ved kysten inneholder vannet noe mer salter. Kanskje kunne man bruke metalliske tråder med ladning? undrer han. Det er flere muligheter enn det som er utnyttet i dag.

Det er for lite forskning med å endre eller forbedre teknologien til tross for at vannmangel er et prekært problem. Carlson tror det skyldes at det ikke er noe særlig økonomisk potensialet i det:

– I Marokko er det ingen som tjener penger på det. Det er lite å hente økonomisk i disse områdene. Med klimaendringer vil vannmangel kunne oppstå flere steder, sier han.

– For 30 år siden sa man at solceller ikke var kommersielt mulig, men det er annerledes nå. Slik blir det trolig også med annen bærekraftig teknologi.

Vannmangelen kommer nordover

– I Norge bruker vi over 100 liter vann per person per dag. Samtidig kryper vannmangelen lenger nord, sier Carlson.

Slik er utsikten i de fjellområdene i Marokko der tåkefangerne står. Området er regnet som en ørken, men det er nok vann i luften til å holde liv i landsbyene ved hjelp av tåkefangerne.

Derfor mener han at alle må tenke nytt om måten vi bruker og distribuerer vann på. Samtidig mener han at det bør være mulig å utvikle flere bærekraftige teknologier som kan virke sammen.

I dag brukes nettene mange steder i verden, men langt ifra så mye som de burde. Derfor er en distribusjon av slike nett et mulig tiltak.

Kan stoppe ørkendannelse

– I områder hvor det er ørkendannelse ville det kanskje være mulig å sette opp slike nett av nedbrytbare materialer som kunne sørge for nok vann til plantene. Det er noen prosjekter i Kina hvor de har forsøkt med tørket strå og liknende ting for å samle vann. Noe av problemet i dag er at det meste er plastbasert, sier Carlson.

Derfor håper han at forskningen hans kan bidra til at flere nett kan skreddersys for ulike løsninger. Håpet er at verdens vannsituasjon blir litt bedre – og hver dråpe teller.

Referanser:

Vanessa R. Kern og Andreas Carlson: Twisted fibers enable drop flow control and enhance fog capture. PNAS, 2024. Sammendrag. Doi.org/10.1073/pnas.2402252121

Annette Cazaubiel og Andreas Carlson: Influence of wind on a viscous liquid film flowing down a thread. Physical Review Fluids, 2023. Sammendrag. Doi.org/10.1103/PhysRevFluids.8.054002

Stéphane Poulain og Andreas Carlson: Sliding vibrating and swinging droplets on an oscillating fibre. Journal of Fluid Mechanics, 2023. Doi.org/10.1017/jfm.2023.462