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07.01.2003

16:40 Uhr

Stromfluss bringt Wassermoleküle in Bewegung

Stromsignale halten Oberleitungen eisfrei

Wenn dicke Eisschichten schwer auf Oberleitungen und Überlandkabeln lasten und sie zu zerstören drohen, will ein US-Ingenieur das Problem mit einem eleganten Trick lösen: Er sendet schwache, aber hochfrequente elektrische Signale das Eis entlang.

wsa HAMBURG. Dieser Stromfluss im Eis bringt die Wassermoleküle in Bewegung und schmilzt den Panzer ab. Nur kleine Stromquellen alle 100 Kilometer die Leitung entlang sind dazu nötig, sagt der Forscher. Damit kostet die Methode nur ein Bruchteil der heute eingesetzten Techniken, um Freilandkabel eisfrei zu halten.

Das Abschmelzen funktioniert, weil gefrorenes Wasser als "Protonen-Halbleiter" funktioniert, sagt Victor Petrenko, Professor für Ingenieurwissenschaften am Dartmouth College. Im Gegensatz zu herkömmlichen Halbleitern wie Silizium, in denen die negativ geladenen Elektronen den Strom leiten, sind im Eis positiv geladene Ionen - Protonen - dafür zuständig. Es sind Wasserstoff-Ionen, die sich zwischen den Wassermolekülen im Kristallgitter des Eises bewegen können. Während die Protonen die Ladung transportieren, können sie auch die Wassermoleküle im Gitternetz zum Rotieren bringen.

Petrenko setzt mit diesem Wissen an der Eisoberfläche an. An der Grenzfläche zur Luft befindet sich immer eine sehr dünne "quasi flüssige" Schicht beweglicher Wassermoleküle. Bei minus 157 Grad Celsius ist die Schicht nur etwa ein Molekül dick, bei null Grad Celsius erreicht sie rund einen Mikrometer Dicke. Diese Schicht leitet elektrischen Strom rund hundert Mal besser als festes Eis, wie Messungen ergeben haben.

So schickt Petrenko sein hochfrequentes Signal diese Schicht entlang und bringt damit auch dickes Eis Schicht für Schicht zum Abschmelzen. Die Stromleitung innerhalb der Kabel stört das Signal nicht. Petrenko entwickelte seine Technik gemeinsam mit einem Konsortium aus US-amerikanischen und kanadischen Energieversorgern weiter. Rund 50 Watt pro 100 Kilometer Kabel sind nötig. Damit lassen sich erheblich höhere Kosten sparen, um die Leitungen vor Eisbruch zu schützen.

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