Solarenergienutzung \u00fcber koh\u00e4sives WasserAngesichts des weltweit steigenden Wasserbedarfs bei gleichzeitiger Ressourcenverknappung geh\u00c3\u00b6rt die Erschlie\u00c3\u0178ung neuer Wassertechnologien zu den dringlichen Aufgaben unserer Zeit. Anregungen hierf\u00c3\u00bcr kann die Natur liefern: B\u00c3\u00a4ume haben im Laufe der Evolution einen solargetriebenen Pumpmechanismus entwickelt, \u00c3\u00bcber den sie ihren Wasserbedarf decken. Die Verdunstung von Wasser in den mikropor\u00c3\u00b6sen Strukturen ihrer Bl\u00c3\u00a4tter schafft hohe Unterdr\u00c3\u00bccke in den Wasserleitbahnen (Xylem). Eindrucksvolle Beispiele f\u00c3\u00bcr die Wirksamkeit dieses Mechanismus stellen Mammutb\u00c3\u00a4ume dar, die Wasser bis in H\u00c3\u00b6hen von \u00c3\u00bcber 100m f\u00c3\u00b6rdern. Auf der anderen Seite gelingt es Roten Mangroven den Transpirationssog zu nutzen, um Meerwasser durch selektive Membranen zu ziehen und so zu entsalzen. Aus Sicht der Thermodynamik ist dieser solare Pumpmechanismus bemerkenswert, da das gef\u00c3\u00b6rderte Wasser unter Spannung steht, d.h. es weist den Zustand einer \u00c3\u00bcberhitzten Fl\u00c3\u00bcssigkeit auf, ist also thermodynamisch nur metastabil. Die Etablierung dieses Zustands durch Aktivierung intermolekularer Koh\u00c3\u00a4sionskr\u00c3\u00a4fte erm\u00c3\u00b6glicht es B\u00c3\u00a4umen, die f\u00c3\u00bcr technische Saugpumpen g\u00c3\u00bcltige thermodynamische Beschr\u00c3\u00a4nkung der F\u00c3\u00b6rderh\u00c3\u00b6he auf 10m zu umgehen. Obwohl ein enormes Anwendungspotenzial, z.B. auf dem Gebiet der Meerwasserentsalzung, existiert, ist es bisher nicht gelungen, das von den Pflanzen genutzte Prinzip f\u00c3\u00bcr technische Anwendungen zu erschlie\u00c3\u0178en. Vor diesem Hintergrund besteht das Ziel des Forschungsvorhabens in der Realisierung eines k\u00c3\u00bcnstlichen Systems, das den beschriebenen Pumpmechanismus technisch umsetzt. Das intensive Studium des biologischen Vorbildes sowie strukturelle Untersuchungen des gedehnten Wassers sollen die zu Grunde liegenden Funktionsprinzipien detailliert offen legen und den Entwurf eines Prototypen einer solaren Entsalzungsanlage erm\u00c3\u00b6glichen. In dieser Apparatur sind hohe tensile Spannungen zu erzeugen, mit deren Hilfe das Salzwasser durch eine semipermeable Membran gezogen wird. Die Verwendung k\u00c3\u00bcnstlicher mesoskopischer Kapillarstrukturen soll den Aufbau eines entsprechenden Wasser-Potential-Gradienten gestatten. Dabei ist sowohl die Nanostrukturierung der Verdunstungseinrichtung als auch die Schaffung und Aufrechterhaltung einer hohen Hydrophilie der mesoskopischen Innenoberfl\u00c3\u00a4chen der Kapillaren von gro\u00c3\u0178er Bedeutung. Eine weitere Herausforderung stellt die Extraktion des unter Spannung stehenden entsalzten Wassers dar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie
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