Energie sparen beim Wasserkochen

Wie viel sich genau einsparen lässt, verrät die leitende Ingenieurwissenschaftlerin Evelyn Wang allerdings nicht. Bei der Vielzahl von Prozessen in der Industrie und anderswo, bei denen Wasser erhitzt werden muss, komme allerdings eine Menge zusammen, sagt sie.

Blasen klammern sich fest

Wang und ihr Team modifizierten die Oberflächen, die das Wasser beim Erhitzen umgeben, auf drei verschiedene Arten. Zunächst statteten sie diese mit einer Reihe von mikroskaligen Hohlräumen oder Dellen aus – zehn Mikrometer breite Dellen im Abstand von etwa zwei Millimetern. Dadurch klammerten sich Blasen, die sich vor dem Erreichen der Siedetemperatur bilden, an den Dellen fest. Das verhindert, ihre Ausbreitung als hitzebeständiger Film, der den Wärmeübergang behindert.

Diese Oberflächenbehandlung reduziert jedoch auch die Konzentration von Blasen an der Oberfläche, was die Siedeeffizienz verringert. Um das zu verhindern erzeugten die Forscher in der mikroskalig strukturierten Oberfläche Beulen und Grate im Nanometerbereich, was die Oberfläche vergrößert und die Verdampfungsrate unter den Blasen fördert. Hinzu kamen winzige Säulen, die den Kontakt zwischen der Wärmequelle und dem Wasser weiter verbesserten. „In Kombination sorgen die drei Ebenen der Oberflächentextur - die Hohlraumtrennung, die Pfosten und die nanoskalige Texturierung – für eine stark verbesserte Effizienz für den Siedeprozess“, so Wangs einstiger Doktorand, Youngsup Song, der die Oberflächenstruktur im Rahmen seiner Promotion entwickelte und heute am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien arbeitet.

Ziel ist industrielle Herstellungstechnik

„Diese Strukturen sind nicht dazu gedacht, in ihrer jetzigen Form skaliert zu werden“, erläutert Wang. Sie wurden gewissermaßen in Handarbeit hergestellt, um zu beweisen, dass es funktioniert. Im nächsten Schritt will ihr Team alternative Wege finden, um diese Oberflächentexturen im industriellen Maßstab zu erstellen, damit das Verfahren praktisch nutzbar wird.