Fog harvesting

Nebel hat das Potenzial, eine alternative Frischwasserquelle in trockenen Regionen zu bieten und kann durch den Einsatz einfacher und kostengünstiger Sammelsysteme geerntet werden. Aufgefangenes Wasser kann dann für die landwirtschaftliche Bewässerung und den häuslichen Gebrauch verwendet werden. Untersuchungen legen nahe, dass Nebelkollektoren am besten an Orten mit häufigen Nebelperioden funktionieren, z. B. in Küstengebieten, in denen Wasser geerntet werden kann, wenn sich der Nebel vom Wind angetrieben ins Landesinnere bewegt. Die Technologie könnte jedoch möglicherweise auch Wasser in Berggebieten liefern, wenn das Wasser in Stratocumuluswolken in Höhen von etwa 400 m bis 1.200 m vorhanden ist (UNEP, 1997b). Nach Angaben des International Development Research Centre (1995) sind neben Chile, Peru und Ecuador die Atlantikküste des südlichen Afrikas (Angola, Namibia), Südafrika, Kap Verde, China, Ostjemen, Oman, Mexiko, Kenia und Sri Lanka die Gebiete mit dem größten Nutzenpotenzial.

Beschreibung

Die Nebelernte bietet eine alternative Süßwasserquelle durch eine Technik, mit der Wasser aus windgetriebenem Nebel gewonnen wird. Nebelerntesysteme werden typischerweise in Gebieten installiert, in denen das Vorhandensein von Nebel von Natur aus hoch ist, typischerweise Küsten- und Bergregionen. Die Systeme sind normalerweise in Form eines Maschennetzes aufgebaut, das zwischen zwei Pfosten stabilisiert ist, die in einem Winkel senkrecht zum vorherrschenden Wind, der den Nebel trägt, ausgebreitet sind. Wenn der Wind durch das Netz strömt, bilden sich Süßwassertropfen und tropfen in eine darunter liegende Rinne, von der Rohre das Wasser in einen Lagertank führen.

Die Nebelerntetechnologie besteht aus einem ein- oder zweilagigen Maschennetz, das von zwei aus dem Boden aufragenden Pfosten getragen wird. Mesh-Panels können in der Größe variieren. Die von der University of South Africa in einem Forschungsprojekt zur Nebelernte verwendeten Maßen 70 m2 (UNISA, 2008), während im Jemen ein Satz von 26 kleinen Standardnebelsammlern (SFC) von 1 m2 konstruiert wurde (Schemenaur et al., kein Datum). Das Material, das für die Masche benutzt wird, ist normalerweise Nylon-, Polyäthylen- oder Polypropylennetz (alias ‚Schattenstoff‘), die zu den verschiedenen Dichten produziert werden können, die zum Gefangennehmen der verschiedenen Mengen Wasser vom Nebel fähig sind, der durch ihn überschreitet (UNEP, 1997b). Die Kollektoren sind auf Kammlinien senkrecht zum vorherrschenden Wind positioniert und fangen und sammeln Wasser, wenn Nebel durchzieht. Die Anzahl und Größe der ausgewählten Netze hängt von der lokalen Topographie, dem Wasserbedarf und der Verfügbarkeit finanzieller Ressourcen und Materialien ab. Laut FogQuest ist die optimale Zuordnung Einzelmascheneinheiten mit einem Abstand zwischen ihnen von mindestens 5 m mit zusätzlichen Nebelkollektoren, die in einem Abstand von mindestens zehnmal höher als der andere Nebelkollektor stromaufwärts angeordnet sind. In Südafrika ordnete das universitäre Forschungsprojekt mehrere Mesh-Panels zusammen, um das Wassereinzugsgebiet zu erweitern und die Struktur bei windigen Bedingungen stabiler zu machen (UNISA, 2008).

Das Sammel- und Fördersystem funktioniert aufgrund der Schwerkraft. Wassertröpfchen, die sich auf dem Netz sammeln, laufen nach unten und tropfen in eine Rinne am Boden des Netzes, von wo sie über Rohre zu einem Lagertank oder einer Zisterne geleitet werden. Typische Wasserproduktionsraten aus einem Nebelsammler liegen zwischen 200 und 1.000 Litern pro Tag, wobei die Variabilität täglich und saisonal auftritt (FogQuest). Die Effizienz der Sammlung verbessert sich mit größeren Nebeltröpfchen, höheren Windgeschwindigkeiten und schmaleren Sammelfasern / Maschenweiten. Darüber hinaus sollte das Netz gute Drainageeigenschaften aufweisen. Die Wassersammelraten von Nebelsammlern sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Quellen: UNISA, 2008; Schemenauer et al, 2004; Washtechnology; FogQuest

Die Abmessungen des Fördersystems und der Speichervorrichtung hängen vom Umfang des Schemas ab. Speichereinrichtungen sollten für mindestens 50 % des erwarteten maximalen täglichen Wasserverbrauchs bereitgestellt werden. Für landwirtschaftliche Zwecke wird Wasser in einem Reguliertank gesammelt, in ein Reservoir und schließlich in ein Bewässerungssystem überführt, mit dem Landwirte ihre Pflanzen bewässern können (UNEP, 1997b).

Betrieb und Wartung sind relativ einfache Prozesse, sobald das System ordnungsgemäß installiert wurde. Ein wichtiger Faktor für die Nachhaltigkeit dieser Technologie ist jedoch die Einrichtung eines routinemäßigen Qualitätskontrollprogramms, das folgende Aufgaben umfassen sollte (UNEP, 1997b):

• Inspektion von Maschennetzen und Kabelspannungen zur Vermeidung von Effizienzverlusten bei der Wassernutzung und zur Vermeidung von Strukturschäden
• Wartung von Netzen, Abflüssen und Rohrleitungen zur Entfernung von Staub, Schmutz und Algen
• Wartung des Lagertanks oder der Zisterne zur Verhinderung der Ansammlung von Pilzen und Bakterien
• Wenn vor Ort keine Ersatzteile verfügbar sind, wird empfohlen, einen Vorrat an Netzen und anderen Komponenten vorzuhalten da die lokale Versorgung vor allem in abgelegenen Bergregionen eingeschränkt sein könnte.

Die durch den Klimawandel verursachte Dürre führt in einigen Regionen zu einer Verringerung der Verfügbarkeit von Frischwasser. Dies wirkt sich auf die landwirtschaftliche Produktion aus, da die Möglichkeiten zum Anpflanzen und Bewässern eingeschränkt werden. Die Nebelernte bietet eine Möglichkeit, lebenswichtige Wasservorräte zu gewinnen, um die Landwirtschaft in diesen Gebieten zu unterstützen. Darüber hinaus kann die Wasserversorgung aus der Nebelernte bei der Bewässerung zur Erhöhung der Waldfläche oder der Vegetationsbedeckung dazu beitragen, dem Wüstenbildungsprozess entgegenzuwirken. Wenn die höheren Hügel in der Umgebung mit Bäumen bepflanzt sind, sammeln auch sie Nebelwasser und tragen zu den Grundwasserleitern bei. Die Wälder können sich dann selbst erhalten und Wasser in das Ökosystem einbringen, um die Widerstandsfähigkeit gegen trockenere Bedingungen zu stärken.

Implementierung

Nebelerntesysteme werden am besten an offenen Standorten mit relativ hoher Höhe installiert, die Windströmungen ausgesetzt sind. Meteorologische und klimatische Informationen wie die vorherrschende Windströmungsrichtung müssen möglicherweise gesammelt werden, um eine optimale Platzierung zu ermitteln. Nach der technischen Einrichtung kann auch eine Schulung erforderlich sein, um das System und seine Wartungsanforderungen der lokalen Gemeinschaft vorzustellen. Dichter Nebel, hohe Windgeschwindigkeiten und dichteres Maschenmaterial können die Effizienz des Erntesystems verbessern. Die Wasserernterate liegt zwischen 5,3 Liter pro m2 / Tag und 13,4 Liter pro m2 / Tag, abhängig von der Jahreszeit, dem Standort und der Art (verwendetes Material) des Erntesystems (Organisation Amerikanischer Staaten, n.d.). Wasser, das von Nebelerntemaschinen gesammelt wird, kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, einschließlich Trinkwasser, Bewässerung und anderen häuslichen Anwendungen. Das Netz, typischerweise Nylon-, Polyethylen- oder Polypropylennetz, ist fest zwischen zwei fest bepflanzten Pfosten, normalerweise Holzpfählen, verteilt. Die Größe eines Nebelerntesystems kann stark variieren, wobei das kleinste etwa 1 m2-Einheit und das größte bis zu 1600 m2 umfasst (Dar SI Hmad, n.d.). Eine darunter liegende Rinne sammelt die Wassertropfen, die aus dem Netz fallen. Die Tropfen werden in einen separaten Wasserspeicher geleitet, in dem das Wasser gesammelt und verwendet werden kann. Die Wartung umfasst Routinekontrollen und die Reinigung von Maschennetzen, Rohren und Tanks, um Staub, Algen, Bakterien usw. zu entfernen. um maximale Effizienz zu gewährleisten und die Wasserqualität zu erhalten.

Vorteile der Technologie

• Benötigt keine Energie für den Betrieb.
• Verringert den Druck auf lokale Süßwasserreservoirs in Zeiten geringer Wasserverfügbarkeit.
• Atmosphärisches Wasser ist im Allgemeinen sauber, enthält keine schädlichen Mikroorganismen und ist sofort für Bewässerungszwecke geeignet. In einer Reihe von Fällen hat sich gezeigt, dass Wasser, das mit der Nebelerntetechnologie gesammelt wurde, den Standards der Weltgesundheitsorganisation entspricht (UNISA, 2008; WaterAid, kein Datum). Die Umweltauswirkungen der Installation und Wartung der Technologie sind minimal (Wasserverbrauch, kein Datum). Sobald die Komponenten und die technische Überwachung gesichert sind, ist der Bau der Nebelerntetechnik relativ einfach und kann vor Ort durchgeführt werden. Der Bauprozess ist nicht arbeitsintensiv, es sind nur Grundkenntnisse erforderlich und nach der Installation benötigt das System keine Energie für den Betrieb. Da die Nebelernte besonders für Berggebiete geeignet ist, in denen Gemeinden häufig in abgelegenen Gebieten leben, sind die Kapitalinvestitionen und sonstigen Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Wasserversorgungsquellen im Allgemeinen gering (UNEP, 1997b).
• Bietet eine zusätzliche Süßwasserquelle in trockenen Küsten- und Bergregionen und erhöht so die Lebensqualität in den Gemeinden.
• Liefert im Allgemeinen sauberes Wasser, das unmittelbar nach der Ernte verwendet werden kann.
• Minimiert die Kosten und die Notwendigkeit, Süßwasser in das schwer erreichbare Gebiet zu transportieren.

Nachteile der Technologie

Nebelerntetechnologien hängen von einer Wasserquelle ab, die nicht immer zuverlässig ist, da das Auftreten von Nebel ungewiss ist. Bestimmte Gebiete neigen jedoch zu Nebelentwicklung, insbesondere gebirgige Küstengebiete am westlichen Kontinentalrand Südamerikas. Darüber hinaus ist die Berechnung selbst einer ungefähren Wassermenge, die an einem bestimmten Ort gewonnen werden kann, schwierig (Schemenauer und Cereceda, 1994). Diese Technologie kann ein Investitionsrisiko darstellen, es sei denn, es wird zunächst ein Pilotprojekt durchgeführt, um den potenziellen Wasserratenertrag zu quantifizieren, der in dem betrachteten Gebiet erwartet werden kann.

Finanzielle Anforderungen und Kosten

Die Kosten variieren je nach Größe der Nebelfänger, Qualität und Zugang zu den Materialien, Arbeitskräften und Standort des Standorts. Kleine Nebelkollektoren kosten zwischen 75 und 200 US-Dollar. Große 40-m2-Nebelkollektoren kosten zwischen 1.000 und 1.500 US-Dollar und können bis zu zehn Jahre halten. Ein Dorfprojekt, das etwa 2.000 Liter Wasser pro Tag produziert, kostet etwa 15.000 US-Dollar (FogQuest). Systeme mit mehreren Einheiten haben den Vorteil geringerer Kosten pro produzierter Wassereinheit, und die Anzahl der verwendeten Paneele kann geändert werden, wenn die klimatischen Bedingungen und der Wasserbedarf variieren (UNEP, 1997b). Die Beteiligung der Gemeinschaft wird dazu beitragen, die Arbeitskosten für den Bau des Nebelerntesystems zu senken.

Institutionelle und organisatorische Anforderungen

Es wird allgemein empfohlen, die lokale Bevölkerung in den Bau des Projekts einzubeziehen (UNEP, 1997; WaterAid, kein Datum). Die Beteiligung der Gemeinschaft trägt dazu bei, die Arbeitskosten zu senken und ein Gefühl der Eigenverantwortung der Gemeinschaft und der Verpflichtung zur Instandhaltung zu gewährleisten. Es könnte ein Community Management Committee eingerichtet werden, das aus geschulten Personen besteht, die für Reparatur- und Wartungsaufgaben verantwortlich sind, um die langfristige Nachhaltigkeit der Technologie sicherzustellen. In der Anfangsphase können staatliche Subventionen erforderlich sein, um Rohstoffe zu kaufen und technisches Fachwissen zu finanzieren.

Für die Auswahl eines Standorts für die Implementierung der Nebelerntetechnologie sind eine Reihe meteorologischer und geografischer Informationen erforderlich, einschließlich der vorherrschenden Windrichtung und des Potenzials zur Gewinnung von Wasser aus Nebel (z. B. Häufigkeit des Auftretens von Nebel und Nebelwassergehalt). Eine Machbarkeitsstudie und eine Bewertung im Pilotmaßstab sollten ebenfalls durchgeführt werden, um die Größe und Zuverlässigkeit der Nebelwasserquelle zu bewerten. Einige dieser Informationen können in der Regel von staatlichen meteorologischen Stellen eingeholt werden, erfordern jedoch möglicherweise lokale meteorologische Stationen und die Verwendung eines Neblinometers (ein Gerät zur Messung des Flüssigkeitswassergehalts) zur Erfassung lokaler Daten (Kasten 1).

Kasten 1: Grundlegende Informationsanforderungen für die Beurteilung der Eignung zur Nebelernte
„Globale Windmuster: Anhaltende Winde aus einer Richtung sind ideal für die Nebelsammlung. Das Hochdruckgebiet im östlichen Teil des Südpazifiks erzeugt fast das ganze Jahr über Onshore-, Südwestwinde im Norden Chiles und Südwinde entlang der Küste Perus.
Topographie: Es ist notwendig, ein ausreichendes topografisches Relief zu haben, um die Nebel / Wolken abzufangen. Beispiele auf kontinentaler Ebene sind die Küstenberge von Chile, Peru und Ecuador und auf lokaler Ebene isolierte Hügel oder Küstendünen.

Erleichterung in der Umgebung: Es ist wichtig, dass sich innerhalb weniger Kilometer vor dem Standort keine größeren Hindernisse für den Wind befinden. In trockenen Küstenregionen kann das Vorhandensein einer Binnensenke oder eines Beckens, das sich während des Tages erwärmt, vorteilhaft sein, da das so erzeugte lokalisierte Tiefdruckgebiet die Meeresbrise verstärken und die Windgeschwindigkeit erhöhen kann, mit der Meereswolkendecks über die Sammelvorrichtungen fließen.

Höhe: Die Dicke der Stratocumuluswolken und die Höhe ihrer Basen variieren je nach Standort. Eine wünschenswerte Arbeitshöhe liegt bei zwei Dritteln der Wolkendicke über der Basis. Dieser Teil der Wolke hat normalerweise den höchsten Gehalt an flüssigem Wasser. In Chile und Peru reichen die Arbeitshöhen von 400 m bis 1.000 m über dem Meeresspiegel.

Ausrichtung der topografischen Merkmale: Es ist wichtig, dass die Längsachse des Gebirgszugs, der Hügel oder des Dünensystems ungefähr senkrecht zur Richtung des Windes steht, der die Wolken aus dem Ozean bringt. Die Wolken fließen über die Kammlinien und durch Pässe, wobei sich der Nebel oft auf der Abwindseite auflöst.

Entfernung von der Küste: es gibt viele hochgelegene kontinentale Standorte mit häufiger Nebeldecke, die entweder durch den Transport von Wolken gegen den Wind oder durch die Bildung von orographischen Wolken verursacht wird. In diesen Fällen ist die Entfernung zur Küste irrelevant. Gebiete mit hohem Relief in Küstennähe sind jedoch im Allgemeinen bevorzugte Standorte für die Nebelernte.

Platz für Sammler: Gratlinien und die Luvkanten flacher Berge eignen sich gut zum Sammeln von Nebel. Wenn lange Nebelwassersammler verwendet werden, sollten sie in Abständen von etwa 4,0 m aufgestellt werden, damit der Wind um die Kollektoren wehen kann.

Crestline- und Upwind-Standorte: Etwas niedrigere Upwind-Standorte sind akzeptabel, ebenso wie Standorte mit konstanter Höhe in flachem Gelände. Orte hinter einem Grat oder Hügel, insbesondere dort, wo der Wind abwärts weht, sollten jedoch vermieden werden.“ Quelle: UNEP, 1997b

Abgesehen von den in Feld 1 aufgeführten harten Daten ist Fachwissen in Bezug auf den Bau und die Wartung der Nebelerntetechnologie erforderlich, und die örtlichen Gemeinden sollten geschult werden, um regelmäßige Qualitätskontrollen und Geräteinspektionen durchzuführen.

Hindernisse für die Umsetzung

Bei den bisher durchgeführten Projekten zur Nebelernte sind mehrere Herausforderungen und Probleme aufgetreten:

• Wenn Nebel eine saisonale Quelle ist, muss Wasser in großen Mengen für die Trockenzeit gelagert werden (Wasserverbrauch, kein Datum)
• Bei nicht ordnungsgemäßer Wartung wird die Wasserqualität in Zeiten mit geringem Durchfluss zu einem Problem
• Die Sammlung von Nebelwasser erfordert spezifische umwelt- und topografische Bedingungen, die seine Anwendung auf bestimmte Regionen beschränken
• Beschaffung und Transport von Materialien werden durch abgelegene Standorte und steiles Gelände behindert
• Starke Winde und Schneefall können während der Wintersaison zu strukturellen Ausfällen führen
• Die Wasserausbeute ist schwierig vorherzusagen, Machbarkeitsstudien vor der Umsetzung in großem Maßstab erforderlich
• Damit die Ernte effektiv ist, sind häufige Nebel erforderlich und ausreichend Wasser wird gesammelt, damit die Investition kostengünstig ist. Dies beschränkt die Technologien auf Bereiche mit spezifischen Bedingungen.
• Derzeit sind nur wenige kommerzielle Hersteller von Netzen in Betrieb, deren Hauptlieferanten sich in Chile befinden. Es gibt keine in Afrika, Nordamerika oder Asien (FogQuest). Daher können Implementierung und Wartung aufgrund von Import oder Transport kostspielig sein.
• Das Erntevolumen kann insbesondere auf lange Sicht schwer vorherzusagen sein, da es von Nebel, Windgeschwindigkeit usw. abhängt.
• In einigen Küstenregionen ist die Qualität des geernteten Nebelwassers zum Trinken aufgrund hoher Konzentrationen von Chlor, Nitrat und Mineralien minderwertig
• Große Nebelerntekonstruktionen können Flora und Fauna schädigen oder behindern
• Raue Wetterbedingungen wie sehr starker Wind und Schneefall können Erntesysteme schädigen

Möglichkeiten zur Umsetzung

• Relativ einfache technologie. Einmal etabliert, kann es von der Gemeinde betrieben werden und es ist wenig Wartung erforderlich
• Billigere Süßwasserquelle im Vergleich zu einigen anderen nicht konventionellen Wasserversorgungsquellen wie Entsalzung
• Die Diversifizierung der Süßwasserressourcen in Gebieten mit begrenztem Süßwasserzugang erhöht die Klimaresilienz
• Materialien für Systemkomponenten können häufig lokal bezogen werden, wodurch lokale Geschäftsmöglichkeiten entstehen
• Die Sammlung von Nebelwasser hat sich als innovative Technologie für Berggemeinden ohne Zugang zu zu traditionellen Wasserquellen. Noch weitgehend in einem Entwicklungsstadium, gibt es Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung in der Nebelerntetechnologie und ihr Potenzial zur Unterstützung der landwirtschaftlichen Produktion. Angesichts des Mangels an Netzlieferanten bietet die Verwendung lokal verfügbarer Materialien für Bauteile eine Chance für die lokale Geschäftsentwicklung. Diese Technologie bietet auch die Möglichkeit, die natürliche Vegetation wiederherzustellen und landwirtschaftliche Praktiken durch die Beschaffung von klarem Wasser für Pflanzen und Vieh zu unterstützen.

Überlegungen zur Implementierung*

Technologischer Reifegrad: 4-5
Erstinvestition: 1-3
Betriebskosten: 1-2
Implementierungszeitraum: 1-2

* Dieser Adaption Technology Brief enthält eine allgemeine Bewertung von vier Dimensionen in Bezug auf die Implementierung der Technologie. Es stellt eine indikative Bewertungsskala von 1-5 wie folgt dar:
Technologischer Reifegrad: 1 – in frühen Stadien der Forschung und Entwicklung, bis 5 – voll ausgereift und weit verbreitet
Anfangsinvestition: 1 – sehr niedrige Kosten, bis 5 – sehr hohe Investitionskosten für die Implementierung der Technologie erforderlich
Betriebskosten: 1 – sehr niedrige / keine Kosten, bis 5 – sehr hohe Betriebs- und Wartungskosten
Implementierungszeitraum: 1 – sehr schnelle Implementierung und Erreichen der gewünschten Kapazität, bis 5 – erhebliche Zeitinvestitionen erforderlich, um die volle Kapazität zu erreichen und / oder zu erreichen
Diese Bewertung dient nur als Hinweis und ist im Verhältnis zu den anderen in diesem Handbuch enthaltenen Technologien zu sehen. Spezifischere Kosten und Zeitpläne sind als relevant für die spezifische Technologie und Geographie zu identifizieren.

Fallstudien

• Marokko: Trinken aus den Wolken – Frauen und Männer verwandeln Tau und Nebel in Trinkwasser

• UNEP-DHI Partnerschaft-Nebel ernte
• IDRC (International Development Research Centre) (1995) Lesen Wolken in Chile, IDRC Berichte, Ontario.
• Schemenauer, R.S., P. Osses und M. Leibbrand (2004) Fog collection evaluation and operational projects in the Hajja Governorate, Yemen. In: Proceedings der 3. Internationalen Konferenz über Nebel, Nebelsammlung und Tau, Kapstadt, Südafrika, 38.
• Schemenauer, R.S. und P. Cereceda (1994). Die Rolle der Nebelsammlung bei der Wasserplanung für Entwicklungsländer. Forum für natürliche Ressourcen, 18, 91-100, Vereinte Nationen, New York.
• UNEP (1997) Sourcebook of Alternative Technologies for Freshwater Augmentation in Some Countries in Asia, UNEP, Unit of Sustainable Development and Environment General Secretariat, Organisation of American States, Washington, D.C.
• NISA (Universität von Südafrika) (2008) Forschungsbericht, UNISA. Kapstadt.
• WaterAid, Technische Zusammenfassung: Regenwassernutzung, kein Datum
• Cho, R. (2011). Die Nebelsammler: Wasser aus dünner Luft ernten. Earth Institute, Columbia Universität. Erhältlich bei: http://blogs.ei.columbia.edu/2011/03/07/the-fog-collectors-harvesting-w…
• Dar Si Hmad (n.d.) Nebelernte. Darsihmad.org . Erhältlich bei: http://www.darsihmad.org/fog-harvesting/
• Gur, E. und Spuhler, D. (n.d.) Fog Drip. Nachhaltige Abwasserentsorgung und Wasserwirtschaft (SSWM). Erhältlich bei: http://www.sswm.info/content/fog-drip
• OAS (n. d.) 1.3 Nebel Ernte. Organisation amerikanischer Staaten. Erhältlich bei: http://www.oas.org/dsd/publications/unit/oea59e/ch12.htm
• Quezada, A., Haggar, J., Torres, J. und Clements, R. (n.d.) Nebelernte. In: ClimateTechWiki. Verfügbar unter: http://www.climatetechwiki.org/content/fog-harvesting
  Wikipedia (2016). Nebel Sammlung. In: Wikimedia Foundation. Erhältlich bei: https://en.wikipedia.org/wiki/Fog_collection