Mit intelligenter Technologie das Eis brechen
Eis bedeutet nicht nur rutschige Gehwege und beschädigte Windschutzscheiben, sondern stellt auch bei zahlreichen industriellen Anwendungen ein ernsthaftes Problem dar. „Luftverkehr, Verkehr und Transport im Allgemeinen, Energieerzeugung, Kommunikation und effiziente Detektorsysteme sind alles Beispiele für Sektoren, in denen die Eisbildung ein ernstes Problem ist“, sagt Ana Borras, Forscherin am Institut für Materialwissenschaften Sevilla(öffnet in neuem Fenster) (ICMS). Zudem wird in all diesen Sektoren nach neuen Lösungen sowohl zur Verhinderung des Eisansatzes als auch zur anschließenden Entfernung von Eis von Oberflächen verlangt. Aber es werden nicht irgendwelche Lösungen gefordert. Um wirkungsvoll zu sein, müssen diese Lösungen hochautomatisiert, energieeffizient und mit einer Vielzahl von Werkstoffen und großen Oberflächen kompatibel sein. Hier nun kommt SOUNDofICE(öffnet in neuem Fenster) ins Spiel. Das Team des EU-finanzierten Projekts hat intelligente, energieeffiziente, umweltverträgliche und autonom betriebene Enteisungsverfahren entwickelt, die auf Oberflächenschallwandlern basieren, die in großflächige Substrate integriert sind. „Wir haben die Grundlagen zur effizienten Erkennung des Eisansatzes an Metallen, Legierungen und Glas sowie seiner Entfernung mithilfe von Schwingungen im Nanomaßstab und ultraschnellen Sensoren aufgedeckt“, fügt Borras hinzu, die das Projekt koordinierte.
Auf akustischen Wellen basierendes System verhindert Eisansatz
Den Mittelpunkt des Projekts bildet eine innovative technische Strategie, die mit praktisch jedem Substrat sowie mit kommerziellen und Schutzbeschichtungen der nächsten Generation vereinbar ist. Dieser Ansatz gestattete es den Forscherinnen und Forschern, eine aktive Enteisung durch akustische Wellen mithilfe piezoelektrischer Schichten und Platten sowie Korrosionsschutz- und passive Vereisungsschutzfunktionen zu integrieren. Ergebnis ist ein umfassendes und intelligentes, auf akustischen Wellen beruhendes System zur Verhinderung des Eisansatzes. „Es ist äußerst robust gegenüber Extremwetterbedingungen und dank seiner Fähigkeit, autonom zu bestimmen, wann und wo Enteisungsenergie eingesetzt wird, äußerst energieeffizient“, erklärt Borras.
Die wirksamsten Schallwellen zur Enteisung finden
Das Projektteam erprobte seine Lösungen unter Laborbedingungen, in denen reale Szenarien nachgeahmt werden, wodurch die Forschenden die effizientesten Schallwellen zur Enteisung ermitteln konnten. „Dank dieser Arbeit sind wir nun in der Lage, die Wechselwirkungen zwischen Wellen und Wasser sowie zwischen Wellen und Eis zu nutzen, um hochpräzise Vereisungssensoren zu entwickeln, mit denen die Sicherheit im Luftverkehr und im Automobilsektor revolutioniert wird und gleichzeitig Autonomie und Zuverlässigkeit von Drohnen optimiert werden“, berichtet Borras. Darüber hinaus stellten die Forschenden eine Serie von dem Konzeptnachweis dienenden Vorrichtungen mit unterschiedlichen Konfigurationen her, darunter ein transparentes Großgerät, das problemlos in Photovoltaikpaneele, intelligente Bildschirme und Fenster integrierbar ist. Das Projektteam hat zahlreiche Patentanmeldungen(öffnet in neuem Fenster), ein Gebrauchsmuster und ein Industriegeheimnis eingereicht. Zudem wurden über dreißig Artikel(öffnet in neuem Fenster) veröffentlicht und die Ergebnisse auf fast sechzig Konferenzen und Veranstaltungen(öffnet in neuem Fenster) präsentiert.
Von der Idee zur wirkungsvollen Lösung
Mit der Arbeit von SOUNDofICE wurde erfolgreich der Grundstein für ein neues Technologiefeld mit erheblichem Potenzial einer industriellen Übernahme gelegt, insbesondere in Sektoren, in denen Sicherheit, Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit von zentraler Bedeutung sind. „Unsere Idee zu Beginn lautete, hochfrequente Oberflächenschallwellen und akustischen Volumenwellen zur Enteisung und Eiserkennung einzusetzen“, erklärt Borras. „Wir wandelten diese Idee dann in eine praktikable, wirkungsvolle Lösung mit klarem industriellem Potenzial um.“ Um dieses Potenzial in die Praxis umzusetzen, arbeitet das Projektteam nun daran, den technischen Reifegrad seiner Lösungen zu steigern und ihre Realisierbarkeit unter realen Bedingungen unter Beweis zu stellen. „Mit Blick in die Zukunft ist unser Ziel klar: Wir werden unsere wissenschaftlichen Durchbrüche in marktreife Lösungen umsetzen“, betont Borras abschließend.
