Het oogsten van mist lijkt misschien grillig werk.

Ten slotte, het installeren van gigantische netten langs hellingen en bergtoppen om water uit de lucht op te vangen klinkt meer als dwaasheid dan als wetenschap. Echter, de praktijk is een belangrijke weg naar schoon water geworden voor velen die in droge en semi-aride klimaten over de hele wereld leven.

Een passieve, duurzaam, en effectieve methode van wateropvang, Het oogsten van mist bestaat uit het opvangen van de microscopisch kleine waterdruppels die in de wind hangen en waaruit mist bestaat. Het oogsten van mist is mogelijk - en heeft de afgelopen decennia aan kracht gewonnen - in gebieden van Afrika, Zuid-Amerika, Azië, het Midden-Oosten, en zelfs Californië. Zoals blijkt uit recente koppen van Zuid-Afrika's aftellen naar "Day Zero, " of de dag dat de waterkranen naar verwachting drooglopen, waterschaarste blijft een groeiend probleem over de hele wereld. Vooraanstaande onderzoekers schatten nu dat tweederde van de wereldbevolking al minstens een maand per jaar onder omstandigheden van ernstige waterschaarste leeft.

Mistoogst zou dat tekort kunnen helpen verlichten, en nu heeft een interdisciplinair onderzoeksteam van Virginia Tech het traditionele ontwerp van mistnetten verbeterd om hun opvangcapaciteit te verdrievoudigen.

Gepubliceerd in ACS Toegepaste Materialen &Interfaces en gedeeltelijk gefinancierd door het Virginia Tech Institute for Creativity, kunst, en technologie, het onderzoek van het team laat zien hoe een verticale reeks parallelle draden de voorspelling voor mistoogsters kan veranderen. In een ontwerp hebben de onderzoekers de "mistharp, " deze verticale draden voeren kleine waterdruppeltjes sneller en efficiënter af dan het traditionele gaas dat in mistnetten wordt gebruikt.

"Vanuit een ontwerpoogpunt, Ik heb het altijd een beetje magisch gevonden dat je in wezen iets kunt gebruiken dat op hordeurgaas lijkt om mist om te zetten in drinkwater, " zei Brook Kennedy, universitair hoofddocent industrieel ontwerp aan het College of Architecture and Urban Studies en een van de co-auteurs van de studie. "Maar deze parallelle draadarrays zijn echt het speciale ingrediënt van de mistharp."

Mistnetten zijn in gebruik sinds de jaren 80 en kunnen schoon water opleveren in elk gebied waar frequente, bewegende mist. Terwijl de wind de microscopisch kleine waterdruppels van de mist door de netten beweegt, sommigen raken verstrikt in de opgehangen draden van het net. Deze druppeltjes verzamelen zich en smelten samen totdat ze genoeg gewicht hebben om door de netten te reizen en zich in de opvangbakken eronder te nestelen. In enkele van de grootste mistoogstprojecten, deze netten verzamelen gemiddeld 6, 000 liter water per dag.

Echter, het traditionele maasontwerp van mistnetten vormt al lang een probleem met twee beperkingen voor wetenschappers en ingenieurs. Als de gaten in het gaas te groot zijn, waterdruppels passeren zonder te blijven hangen aan de draden van het net. Als het gaas te fijn is, de netten vangen meer water, maar de waterdruppels verstoppen het gaas zonder in de trog naar beneden te lopen en de wind beweegt niet meer door de netten.

Dus, mistnetten streven naar een middenweg, een Goudlokje-zone voor het oogsten van mist:gaas dat niet te groot en niet te klein is. Dit compromis betekent dat netten verstopping kunnen voorkomen, maar ze vangen niet zoveel water als ze zouden kunnen zijn.

"Het is een efficiëntieprobleem en de motivatie voor ons onderzoek, " zei Jonathan Boreyko, assistent-professor bij de afdeling Biomedische Technologie en Mechanica van het College of Engineering. Als co-auteur van de studie, Boreyko adviseerde over de theorie en fysieke aspecten van het ontwerp van de mistharp.

"Dat verborgen regime om de draden kleiner te maken maar niet te verstoppen, is wat we probeerden te bereiken. Het zou het beste van twee werelden zijn, " hij zei.

Omdat de waterdruppels die in een mistnet worden gevangen, met de zwaartekracht naar beneden bewegen, Boreyko veronderstelde dat het verwijderen van de horizontale draden van het net een deel van de verstopping zou verminderen. In de tussentijd, Kennedy, die gespecialiseerd is in biomimetisch ontwerp, vond zijn inspiratie voor de mistharp in de natuur.

"Gemiddeld, kustsequoia's zijn voor ongeveer een derde van hun wateropname afhankelijk van mistdruppels, "zei Kennedy. "Deze sequoia-bomen die langs de kust van Californië leven, zijn gedurende lange perioden geëvolueerd om te profiteren van dat mistige klimaat. hun naalden, zoals die van een traditionele pijnboom, are organized in a type of linear array. You don't see cross meshes."

Mark Anderson, a study co-author and then-undergraduate student in the Department of Mechanical Engineering, built several scale models of the fog harp with varying sizes of wires. Weiwei Shi, a doctoral student in the engineering mechanics doctoral program as well as the study's lead author, tested the small prototypes in an environmental chamber and developed a theoretical model of the experiment.

"We found that the smaller the wires, the more efficient the water collection was, " said Boreyko. "These vertical arrays kept catching more and more fog, but the clogging never happened."

The team has already constructed a larger prototype of the fog harp - a vertical array of 700 wires that measures 3 feet by 3 feet - in an effort led by Josh Tulkoff, study co-author and a then-undergraduate student in the industrial design program. They plan to test the prototype on nearby Kentland Farm.

Through its unique combination of science and design, the researchers hope the fog harp will one day make a big impact where it's needed most - in the bottom of the water bucket.