Solarenergienutzung \u00fcber koh\u00e4sives WasserAngesichts des weltweit steigenden Wasserbedarfs bei gleichzeitiger Ressourcenverknappung geh\u00f6rt die Erschlie\u00dfung neuer Wassertechnologien zu den dringlichen Aufgaben unserer Zeit. Anregungen hierf\u00fcr kann die Natur liefern: B\u00e4ume haben im Laufe der Evolution einen solargetriebenen Pumpmechanismus entwickelt, \u00fcber den sie ihren Wasserbedarf decken. Die Verdunstung von Wasser in den mikropor\u00f6sen Strukturen ihrer Bl\u00e4tter schafft hohe Unterdr\u00fccke in den Wasserleitbahnen (Xylem). Eindrucksvolle Beispiele f\u00fcr die Wirksamkeit dieses Mechanismus stellen Mammutb\u00e4ume dar, die Wasser bis in H\u00f6hen von \u00fcber 100m f\u00f6rdern. 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\u00f6rderte Wasser unter Spannung steht, d.h. es weist den Zustand einer \u00fcberhitzten Fl\u00fcssigkeit auf, ist also thermodynamisch nur metastabil. Die Etablierung dieses Zustands durch Aktivierung intermolekularer Koh\u00e4sionskr\u00e4fte erm\u00f6glicht es B\u00e4umen, die f\u00fcr technische Saugpumpen g\u00fcltige thermodynamische Beschr\u00e4nkung der F\u00f6rderh\u00f6he 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\u00fcr technische Anwendungen zu erschlie\u00dfen. Vor diesem Hintergrund besteht das Ziel des Forschungsvorhabens in der Realisierung eines k\u00fcnstlichen 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\u00f6glichen. In dieser Apparatur sind hohe tensile Spannungen zu erzeugen, mit deren Hilfe das Salzwasser durch eine semipermeable Membran gezogen wird. Die Verwendung k\u00fcnstlicher 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\u00e4chen der Kapillaren von gro\u00dfer 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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