Die Visualisierung verdeutlicht unter der Nanolupe, wie unterschiedliche Oberflächen beeinflussen, wie schnell sich Bläschen in einer siedenden Flüssigkeit lösen. Grafik: Blaurock für das HZDR
Rossendorfer Forscher wollen mit neuem Computermodell Blasenbildung in Elektrolyseuren und Computerchip-Kühlern verbessern
Dresden, 18. November 2022. Besonders ausgefeilte Nano-Rillen im Reaktorstapel sollen die Wasserstoff-Ausbeute in Elektrolyseuren künftig erhöhen. Daran forscht derzeit ein deutsch-chinesisches Team um Prof. Uwe Hampel und Dr. Wei Ding vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Damit lasse sich womöglich „das Ablösen von Gasbläschen beim Sieden deutlich beschleunigen“, erläutert Wei Ding. „Mit Hilfe unserer neuen Theorie lassen sich solche Strukturierungen nun detaillierter maßschneidern – ein Projekt, an dem wir bereits arbeiten.“
Die Wissenschaftler stützen sich dabei auf ein von ihnen entwickeltes neues Computermodell für Siedeprozesse von Flüssigkeiten. Mit ihrer Simulation können sie nun besser vorhersagen, auf welchen Oberflächen sich Dampfbläschen besonders rasch bilden und ablösen.
Komplexes Wechselspiel der Molkeküle
„Wir haben berücksichtigt, wie sich die Moleküle im Detail an den Grenzflächen verhalten“, erläutert Wei Ding. „Dann haben wir das Wechselspiel zwischen diesen Molekülen im Computer simuliert.“ Dabei stieß die Arbeitsgruppe laut HZDR-Angaben auf einen deutlichen Unterschied zu den bisherigen Ansätzen: Die zwischen den Molekülen wirkenden Kräfte addieren sich nicht einfach linear auf. Stattdessen ist das Wechselspiel deutlich komplexer, es kommt zu ausgeprägten nichtlinearen Effekten. Ebendiese Effekte berücksichtigen die Fachleute in ihrer neuen, erweiterten Theorie. „Mit ihr können wir die Ergebnisse der jüngsten Experimente gut erklären“, betont Ding. „Wir verstehen das Verhalten winziger Tröpfchen und Dampfbläschen nun viel genauer als zuvor.“
Die daraus gewonnenen Erkenntnisse können nicht nur helfen, elektrisch erzeugten Wasserstoff effizienter zu sammeln. Sie sollen auch auch neue Kühlsysteme für Computerchips und Kernkraftwerke ermöglichen.
Quelle: HZDR
Wissenschaftliche Publikation:
J. Zhang, W. Ding, Z. Wang, H. Wang, U. Hampel: „Microscopic liquid–gas interface effect on liquid wetting“, in: Journal of Colloid and Interface Science, 2022 (DOI: 10.1016/j.jcis.2022.10.062)
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