Unter dem "Lotus Effekt" versteht man die Fähigkeit einer Oberfläche sich selbst von Schmutz zu reinigen. Entdeckt wurde diese Eigenschaft vom deutschen Botaniker Prof. Dr. Wilhelm Barthlott von der Universität Bonn bei der Lotospflanze, die in schlammigen Gewässern wächst und deren Blätter aber trotzdem immer makellos sauber sind. Der "Lotus Effekt" ist ein eingetragenes Markenzeichen.

Bei genauer Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop entdeckte Barthlott, dass die Lotos-Blätter nicht extrem glatt sind, wie man vermuten würde, sondern stattdessen von einer Vielzahl kleiner "Noppen" überzogen und somit besonders rau sind. Gebildet werden diese kleinen Erhebungen durch Wachskristalle, die von Zellen an der Blattoberfläche produziert werden. Dieses Wachs ist stark wasserabweisend. Gerät Schmutz auf das Blatt, dann bleibt dieser nur an den Spitzen der kleinen "Noppen" liegen und kann mit dem nächsten Regenguss leicht abgewaschen werden. Der "Lotus Effekt" ergibt sich also aus der rauen und wasserabweisenden Oberfläche.

Prof. Barthlott entwickelte erste technische Ansätze, um den natürlichen "Lotus Effekt" nachzuahmen. Die Vision dabei waren Häuserfassaden, die nie schmutzig werden oder Textilien, auf denen Ketchup einfach abperlt. In Folge entstanden in Kooperation mit der Industrie einige Produkte, zum Beispiel eine Fassadenfarbe, bei der die raue Oberflächenstruktur mithilfe von Siliziumdioxid-Partikeln nachgeahmt wird. An die natürliche Selbstreinigungsfähigkeit der Lotos-Pflanze reichen die Produkte, die es derzeit auf dem Markt gibt, leider noch nicht heran. Zudem sind die technisch hergestellten Oberflächen sehr empfindlich, sodass eine Anwendung auf stark beanspruchten Oberflächen, etwa auf Textilien, noch nicht möglich ist.

Vielfach werden im Handel auch Produkte mit dem Begriff "Lotus Effekt" beworben, die keinesfalls selbstreinigend, sondern bestenfalls leichter zu reinigen sind. Bei diesen ist die Oberfläche nicht noch künstlich aufgeraut, sondern im Gegenteil besonders glatt. Erreicht wird dies durch das Aufbringen einer chemischen Substanz, die entweder bereits bei Raumtemperatur trocknet, oder die industriell dauerhaft in die Oberfläche eingebrannt wird (z.B. Sanitärkeramiken). Durch die glatte, schmutz- und wasserabweisende Oberfläche, kann sich Schmutz oder Kalk nicht so leicht festsetzen und der Reinigungsaufwand wird vermindert. Solche sogenannten "Easy-to-Clean"-Oberflächen haben mit dem "Lotus Effekt" nichts zu tun.

Vor allem bei Glasflächen oder Fassaden ist auch eine Selbstreinigung durch den photokatalytischen Effekt von Titandioxid (in Nanoform oder größer) möglich. Entsprechende Produkte (z.B. Fensterglas, Fassadenfarben, Dachziegel; siehe "Baumaterialien") finden sich bereits seit längerem im Handel. Bei Anwesenheit von Licht und Wasser entstehen an mit Titandioxid beschichteten Oberflächen Sauerstoff- oder Hydroxylradikale, welche organisches Material, wie Schmutz, Algen, Moose oder Ruß, zersetzen können. Bei einem starken Regenguss werden die Abbauprodukte dann von der Oberfläche abgewaschen.

Ob Shampoo, Duschgel oder Flüssigseife - immer bleibt ein Rest in den Flaschen, den man nicht mehr herausbekommt. Das ist nicht nur Verschwendung und kostet Geld, es stört auch das Recycling der Plastikflaschen. Forscher der Ohio State University in den USA haben nun ein vereinfachtes Verfahren zur Innenbeschichtung der Flaschen entwickelt, das Abhilfe schaffen könnte.

Flüssige kosmetische Reinigungsprodukte, aber auch Waschmittel für Kleidung oder Spülmittel für das Geschirr enthalten sogenannte Tenside. Diese Substanzen setzen die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten herab und ermöglichen es, dass zwei eigentlich nicht mischbare Flüssigkeiten - wie Wasser und Öl - fein vermengt werden können. So kann das Hautfett mit Wasser abgewaschen werden oder der Fettfleck lässt sich aus der Kleidung entfernen. Die Herabsetzung der Oberflächenspannung bewirkt aber auch, dass die flüssigen Reinigungsprodukte an der Innenseite von Plastikflaschen haften bleiben.

Das Team um Prof. Bharat Bhushan, Direktor des "Nanoprobe Laboratory for Bio- & Nanotechnology and Biomimetics" an der Ohio State University (USA), hat nun eine relativ einfach Methode entwickelt, die Innenseiten von Plastikflaschen aus Polypropylen mittels Nanopartikeln aus Siliziumdioxid (SiO2) zu beschichten. Die SiO2-Partikel bilden dabei Mikrometer-große Strukturen in Y-Form, an denen die Tropfen der Flüssigseife abperlen und nicht mit der Innenseite der Flasche in Berührung kommen. Somit kann die Flasche bis zum letzten Tropfen entleert werden. So könnte verhindert werden, dass erhebliche Mengen von flüssigen Reinigungsprodukten im Müll landen. Da nur komplett gereinigte Plastikflaschen dem Recycling zugeführt werden können, wäre die neue Methode auch eine Unterstützung bei der Wiederverwertung dieser Verpackungsmaterialien.

Die Entwickler hoffen auf Lizenzverträge mit Herstellern von Plastikflaschen, sehen aber auch noch weitere Anwendungsmöglichkeiten, etwa bei biomedizinischen Produkten oder Kathetern.

Solarenergie spielt eine bedeutende Rolle im Klimaschutz, denn bei der Stromproduktion aus Sonnenenergie entsteht kein schädliches Treibhausgas, wie es bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen der Fall ist. Um die im Europäischen „Grünen Deal“ festgelegten Klimaziele zu erreichen, muss der Anteil erneuerbarer Energien weiter erhöht werden. Dies betrifft auch den Ausbau der Photovoltaik (PV), sodass auf vielen Freiflächen, Hausdächern und sogar über Äckern PV-Anlagen errichtet werden. Die derzeit gängigen Solarmodule bestehen aus einer Reihe von siliziumbasierten Solarzellen, die von Glasplatten geschützt und von einem Aluminiumrahmen umgeben sind. Solche Module oder Paneele werden meist mit einem gewissen Neigungswinkel montiert, um das Sonnenlicht optimal einfangen zu können, aber auch damit bei Regen Schmutz und Staub, die sich mit der Zeit auf den Glasplatten ansammeln, abgewaschen werden können. Das ist wichtig, denn verschmutzte Solarpaneele verlieren an Leistung, weil weniger Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft.

Eine Möglichkeit, um Solarpaneele vor Verschmutzung zu schützen, ist das Aufbringen einer sehr dünnen, transparenten, schmutz- und wasserabweisenden Beschichtung, um sich den „Lotus-Effekt“ zunutze zu machen. In einer experimentellen Studie wurde untersucht, ob eine Beschichtung mit einem wasserabweisenden Polymer (Polydimethylsiloxan, PDMS) in Kombination mit Siliziumdioxid-Nanopartikeln zur Erhöhung der Oberflächenrauheit den Grad der Verschmutzung von Solarpaneelen reduzieren und damit die Leistung erhöhen kann. Im Versuch zeigte das beschichtete Modul eine um 16% verbesserte Leistung gegenüber dem unbeschichteten Modul und 6% mehr Leistung als das händisch gereinigte. Chemische Beschichtungen, die den „Lotus-Effekt“ nachahmen, können demnach durch Reduktion der Verschmutzung dazu beitragen, die optimale Leistung von Solarmodulen längerfristig zu erhalten.

Literaturverweis:

C. Ayyanar, R.V. Sabariraj, Polymer with silicon dioxide coating on solar photovoltaic for enhancement of power output performance – Experimental study, Next Energy, Volume 13,

2026, 100803, https://doi.org/10.1016/j.nxener.2026.100803.