MIT findet besseren Weg, um Wasser zum Kochen zu bringen
Wasser wird nicht nur in der Küche gekocht. In der Industrie ist der Prozess weit verbreitet, um etwa in Kraftwerken Strom zu erzeugen oder verschiedene Dinge zu produzieren.
Es ist zwar simpler Prozess (Hitze + Wasser = kochendes Wasser), benötigt er viel Energie. Hier setzt die Universität MIT an. Mit einer aktuellen Forschung wird gezeigt, dass mit weniger Energie Wasser gekocht werden kann.
Blasen sind gut, zu viele Blasen sind schlecht
„Wenn beim Kochen viele Blasen auf der Oberfläche des Heizelements entstehen, heißt das, dass das Kochen sehr effizient ist“, erklärt Youngsup Song, Autor der Studie: „Wenn aber zu viele Blasen an der Oberfläche sind, kann sich eine dünne Schicht Dampf auf die Oberfläche legen.“
Diese Schicht ist ein Widerstand, der den Hitzetransfer von der heißen Oberfläche zum Wasser behindert. Man braucht also mehr Energie, um diesen Widerstand zu überwinden und das Wasser zu kochen.
Kombination aus mehreren Techniken
Um das Problem zu lösen, haben Song und Sein Forschungs-Team mehrere Techniken kombiniert. In die Heiz-Oberfläche wird ein Muster mit 10-Mikrometer breiten Kanälen, mit 2 Millimeter Abstand zueinander, eingearbeitet. Das hält die Blasen bei den Vertiefungen fest – sie können sich nicht verbinden, um die unerwünschte Dampfschicht zu bilden.
Das reduziert aber gleichzeitig die Konzentration der Blasen an der Oberfläche und viele Blasen sind ja eigentlich gut. Um das auszugleichen, wurde die Oberfläche zusätzlich mit einer Struktur im Nanometer-Bereich bearbeitet. Außerdem wurden winzige „Säulen“ an der Oberfläche herausgearbeitet. Dadurch kommt mehr der heißen Oberfläche mit dem Wasser in Berührung, was effizienter ist.
Ständige Schicht Wasser statt Dampf
Diese 3 Faktoren arbeiten jetzt zusammen. Die Mikro-Kanäle mit 2 Millimeter Abstand verhindern, dass sich die Blasen zu einer Dampfschicht vereinen. Gleichzeitig verstärkt die Nanostruktur die Verdampfung unter den Blasen. Die Säulen sorgen dafür, dass ständig Flüssigkeit zu den Blasen geleitet wird, damit diese zu Dampf werden können. So wird sichergestellt, dass immer eine Schicht Wasser zwischen der heißen Oberfläche und den Dampfblasen existiert. Dadurch ist weniger Energie nötig, um dieselbe Menge Wasserdampf zu erzeugen.
Das Forschungs-Team betont, dass die jetzige Methode nur im Labor funktioniert. Im nächsten Schritt geht es deshalb darum herauszufinden, wie solche Oberflächen-Texturen im großen Maßstab hergestellt werden können, um in der Praxis Anwendung zu finden.
Sollte das gelingen, könnte etwa in Kraftwerken mehr Strom mit der gleichen Menge Ressourcen hergestellt werden. Denn egal ob Kohle-, Gas- oder Atomkraftwerk: Alle erhitzen Wasser, damit der dabei entstehende Dampf eine Turbine antreibt, die den elektrischen Strom erzeugt.