Minimotor mit großer Leistung

Ingenieure an der Hochschule von Twente haben einen winzigen Verbrennungsmotor entwickelt, der Wasserstoff und Sauerstoff nutzt.

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  • TR Online

Ingenieure an der Hochschule von Twente haben einen winzigen Verbrennungsmotor entwickelt, der Wasserstoff und Sauerstoff nutzt.

Mächtige Motoren spielten bei der Industrialisierung des Planeten eine entscheidende Rolle. Heute geht der Trend in die andere Richtung: Aggregate sollen kleine rund effizienter sein. Es gibt mittlerweile Flugmotoren von der Größe einer Kaffeetasse, die Drohnen antreiben und stärker sind als alles, was es noch vor zehn Jahren gab.

Dass Verbrennungsmotoren noch wesentlich kompakter werden könnten, galt bislang als unwahrscheinlich. Der Grund: Mit zunehmender Miniaturisierung kommt es zu Wärmelecks, die den Wirkungsgrad zerstören. Das muss schon aus rein physikalischen Gründen so sein. Man kennt es aus der Biologie: Mäuse haben Schwierigkeiten, ihren kleinen Körper warmzuhalten, während es Elefanten schnell zu heiß wird.

Die meisten Kleinstmotoren, auch Mikroaktoren genannt, basieren daher auf anderen Prinzipien. Dabei gibt es zwei Hauptkategorien: Sie nutzen entweder thermische Kräfte, die ein geringes Drehvermögen haben, oder elektrostatische Kräfte, die vergleichsweise schwach ausfallen. Gebraucht wird aber schnell und stark.

Vitaly Svetovoy von der Universität Twente will dies nun erreicht haben: Mit einem Prozess, der auf der Spaltung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoffgas basiert – plus der Rekombination beider. Svetovoy und sein Team haben basierend auf diesem Phänomen bereits einen Mikromotor gebaut. "Dieser Aktor ist der erste Schritt hin zu einem mikroskopisch kleinen Verbrennungsmotor", sagt er.

Das Grundprinzip klingt einfach. Der Motor basiert auf einer Kammer, die mit Wasser gefüllt ist und ein Paar Elektroden enthält, das an einer Stromquelle hängt. Elektrische Energie spaltet das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff – es entstehen Nanoblasen.

Obwohl diese Blasen extrem klein sind, erhöht das vorhandene Gas den Druck in der Kammer stark, was zur Verformung einer Membran an einem Ende der Kammer führt. Dies erzeugt Kräfte.

Wird der Strom abgeschaltet, sinkt der Druck schnell. So schnell, dass die Forscher noch nicht sagen können, warum dies passiert. So scheint das Gas weder aus der Kammer zu diffundieren noch sich im Wasser zu lösen.

Svetovoy und sein Team haben aber eine Theorie. Sie glauben, dass beim Abschalten des Stroms Wasserstoff und Sauerstoff in den Nanoblasen spontan verbrennen und sich dann wieder zu Wasser zusammensetzen. Diese könnte den schnellen Druckabfall erklären.

Wechselstrom mit 50 kHz sorgt für eine konstante Blasenerzeugung und treibt wiederum die Vibration der Membran, was sich als Antriebskraft nutzen ließe. Die Technik verspricht zahlreiche interessante Anwendungsmöglichkeiten. Svetovoy und sein Team wollen diese als Nächstes erforschen. ()