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Materialwissenschaften präsentieren eine innovative und energieeffiziente Methode, um Druckluft für pneumatische Anwendungen zu erzeugen.
- Verfahren kommt ohne Kompressoren, Schläuche oder Ventile aus
- Basis ist ein extrem leichtes Nano-Material auf Kohlenstoffbasis mit einer schwammartigen Struktur
- Bei Anlegen einer elektrischen Spannung erhitzt sich dieses sogenannte Aerographit, wodurch sich die Luft in seinen Hohlräumen rasant ausdehnt und beispielweise einen Kolben antreiben kann
Druckluft ist die treibende Kraft hinter vielen Produktionsprozessen. Selbst in so mancher Hightech-Bäckerei werkeln heute pneumatische Roboter-Ärmchen und arrangieren Teigwürste zu perfekt verschlungenen Brezeln. Schätzungen zufolge sind rund zehn Prozent des industriellen Stromverbrauchs der Erzeugung von Druckluft geschuldet. „Entsprechend groß ist der Bedarf an neuen, energieeffizienten Technologien“, erklärt Prof. Dr. Rainer Adelung.
Der Wissenschaftler leitet an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) die Arbeitsgruppe für Funktionale Nanomaterialien. Zusammen mit seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern hat er in den letzten Jahren ein völlig neuartiges Verfahren entwickelt, um Druckluft zu erzeugen. Die Arbeitsgruppe hat gerade auf der Hannover Messe einen pneumatischen Kolben präsentiert, der auf diese Weise angetrieben wird. „Das Interesse war beachtlich“, freut sich die CAU-Materialwissenschaftlerin Caprice Mohr, die den Transfer der neuen Technologie in die industrielle Praxis maßgeblich vorantreibt.
Besonders zuverlässig und verschleißarm
Kein Wunder: Die neue Methode verbraucht nicht nur wenig Energie, sondern ist zudem besonders zuverlässig und verschleißarm. Anders als bisherige Verfahren kommt sie nämlich ohne Kompressoren, Schläuche oder Ventile aus. Grund dafür ist, dass die Druckluft direkt im Kolben erzeugt wird, und zwar ganz einfach durch Anlegen einer Spannung. Die Basis dafür bildet ein spezielles Nanomaterial namens Aerographit. Es besteht aus extrem dünnen Kohlenstoff-Verstrebungen, die große Hohlräume aus Luft umschließen. „Die Streben sind dabei jeweils nur wenige hundert Atomlagen dick“, betont Adelung, der auch Mitglied im Forschungsschwerpunkt KiNSIS ist.
Die Struktur ähnelt einem Schwamm, aber einem extrem löchrigen: Aerographit besteht zu 99,9 Prozent aus Luft. Daher ist es auch eines der leichtesten bislang bekannten Materialien. Ein Pkw-großer Quader würde nicht einmal drei Kilogramm wiegen. Diese geringe Dichte ist einer der Schlüssel für die Druckluft-Erzeugung - zusammen mit der Tatsache, dass die Kohlenstoff-Verstrebungen den elektrischen Strom leiten. Dabei erwärmen sie sich, ähnlich wie der Wendel einer Glühbirne.
Mehrere hundert Grad Erwärmung in einer Tausendstel Sekunde
„Da Aerographit so leicht ist, hat es eine geringe Wärmekapazität - das heißt, eine geringe Energiezufuhr reicht aus, um das Material sehr schnell aufzuheizen“, sagt Adelung. „In einer Tausendstel Sekunde lassen sich so Temperaturerhöhungen von mehreren hundert Grad erreichen, ohne dass das Material zerstört wird.“ Dabei erwärmt sich auch die Luft in den Hohlräumen des „Kohlenstoff-Schwamms“. Sie dehnt sich dadurch explosionsartig aus. Wenn die Spannung ausgeschaltet wird, kühlt sich das Material ebenso schnell wieder ab, und die Luft zieht sich wieder zusammen.
Material erzeugt problemlos Hunderttausende von Druckstößen
Der Prozess lässt sich fast beliebig oft wiederholen - auch nach mehreren hunderttausend Druckstößen lassen sich am Aerographit keine Schäden feststellen. „Das ist es, was unser Verfahren für Unternehmen so interessant macht“, betont Caprice Mohr von der CAU. „Ventile können blockieren, Schläuche platzen, Kompressoren verschleißen - das alles fällt bei unserer Methode weg.“ Auch die Konstruktion komplizierter Greifarme oder der Aufbau ganzer Fertigungsstraßen dürfte einfacher und deutlich kostengünstiger werden, wenn die Druckluft in den Armen selbst erzeugt wird und nicht durch Schläuche zugeführt werden muss.
Die Forschenden planen nun die Gründung eines Start-Ups, das die Technologie weiter vorantreibt. Erste Investoren seien dafür bereits gefunden, sagt Adelung. Zudem wollen sie weitere potenzielle Anwendungsmöglichkeiten erschließen. Denkbar ist beispielsweise die Konstruktion völlig neuartiger Lautsprecher, die sich eventuell sogar in Hörgeräte integrieren lassen.
Fotos stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2025/048_Aerographit.jpg
Die Forschenden haben die von ihnen entwickelte Technologie gerade auf der Hannover Messe präsentiert. Hier informieren sich gerade der Staatssekretär Joschka Knuth (links) und der Geschäftsführer der Wirtschaftsförderung und Technologietransfer Schleswig-Holstein GmbH Hinrich Habeck (Mitte) bei Roman Kurberg über das innovative Verfahren.
© WTSH/Energieküste
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Die Doktoranden Paul Sager und Roman Kurberg haben zusammen mit den Studierenden Kaare Ingwersen und Caprice Mohr (von links) den Stand auf der Hannover Messe betreut.
© WTSH/Energieküste
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Kontakt:
Prof. Dr. Rainer Adelung
Abteilung für Funktionelle Nanomaterialien
Institut für Materialwissenschaften
Christian-Albrechts-Universität Kiel
Tel.: 0431/880-6116
E-Mail: ra@tf.uni-kiel.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Physik / Astronomie, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer
Deutsch
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