Magnetische Partikel verbessern Rohrleitungen
Eine magnetische Beschichtung sorgt dafür, dass Flüssigkeiten besser durch Leitungen flutschen. Das spart viel Energie.
Dank optimierten Ferrofluide und Magnetstärken sausen Flüssigkeiten nur so durch Leitungen. | Bild: Laura Maria Stancanelli; Eleonora Secchi; Markus Holzne
Leitungen sind überall. Ohne sie kein fliessendes Wasser, kein Benzin und keine lebensrettenden Infusionen. Doch immer, wenn eine Flüssigkeit durch eine Leitung gepumpt wird, entstehen Reibung und Verwirbelung. «Das Resultat ist ein Energieverlust», erklärt Laura Stancanelli von der TU Delft. Gemeinsam mit Forschenden des WSL und der ETH Zürich hat sie eine neue Methode entwickelt, um Verluste zu reduzieren und die Effizienz zu erhöhen.
Dafür beschichteten sie die Innenseite einer zwei Zentimeter dicken Wasserleitung mit einer dünnen Schicht eines sogenannten Ferrofluids, einer Flüssigkeit, die magnetische Partikel enthält. Magnete an der Aussenseite oder direkt in der Leitung sorgen dafür, dass das Ferrofluid an Ort und Stelle bleibt und nicht weggeschwemmt wird. «Die Materialien dafür sind recht günstig, und die Anwendung lässt sich deshalb gut skalieren», sagt Stancanelli. «Die Schwierigkeit ist, eine gleichmässige Oberflächenbeschichtung herzustellen.»
Dafür experimentierte das Team mit unterschiedlichen Ferrofluiden und Magnetstärken, die je nach Fliessgeschwindigkeit und Viskosität der zu transportierenden Flüssigkeit optimiert wurden. So gelang es, den Reibungsverlust um bis zu 90 Prozent zu reduzieren. «Dieses Resultat hat sogar uns erstaunt», so Stancanelli. «Bereits eine Reduktion um 40 Prozent wäre ein Erfolg gewesen.» Die Technik bringt diverse Vorteile: Sie funktioniert sowohl bei tiefen als auch bei hohen Fliessgeschwindigkeiten. «Das Ferrofluid schwingt quasi mit.» So kommt die Flüssigkeit gar nie in Kontakt mit der Leitung, und es entsteht kaum Reibung.
Stancanelli sieht verschiedene Anwendungsmöglichkeiten: Rohrleitungen liessen sich beschichten, um Energie zu sparen. Oder man könnte die Methode in der Humanmedizin einsetzen. «Die meisten Techniken zur Verlustreduktion sind im menschlichen Körper nicht anwendbar», sagt sie. Mit Ferrofluiden liesse sich das ändern – und etwa verhindern, dass Blutteilchen an Wänden von Stent-Prothesen Schaden nehmen oder Bakterien an Kathetern haften bleiben.
