Fraunhofer IKTS Blog

Generation Y. Zu dieser Generation gehöre auch ich. Einiges wird uns unterstellt. Eine viel zitierte Behauptung ist: Wir werden wieder umweltbewusster. In allen Bereichen meines Lebens versuche auch ich, Naturprodukte zu verwenden und auf die Umwelt zu achten. Gerade im Bereich der Kosmetik ist mir dieses Thema besonders wichtig, denn jeder, Sie eingeschlossen, nutzt täglich Kosmetika. Und das nicht wenig; halten Sie doch mal einen Moment inne und denken Sie daran, wie viele Kosmetikprodukte Sie selbst besitzen und Tag täglich nutzen. Deswegen ziehe ich Naturkosmetik herkömmlicher Kosmetik vor. Aber was genau unterscheidet herkömmliche von Naturkosmetik?

Als Forschung- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS Lösungen für hochbeanspruchte Komponenten im Maschinen- und Fahrzeugbau sowie der Medizin-, Energie- und Umwelttechnik. Eine besondere Herausforderung stellt dabei stets die zuverlässige Anbindung keramischer Werkstoffe an andere Materialsysteme dar. Das langjährige Know-how des IKTS in der Materialkombination wird in verschiedensten Bereichen der Oberflächenveredelung und -funktionalisierung genutzt und auch für Anwendungen über die Keramik hinaus entwickelt. Dazu eine Auswahl ausgewählter Beispiele...

Der Geruch erinnert an Urlaub und doch weiß jeder gleich, was in den großen Teichanlagen in den Wermsdorfer Teichen produziert wird. Die Rede ist von Fisch in Aquakultur. Naturnah, artgerecht, nährstoffreich. Die werthaltigen Nährstoffe im Fisch sind mit ein Aspekt, weshalb der Seafood- bzw. Fischkonsum weltweit steigt. Der weltweite durchschnittliche Seafoodverzehr liegt bei mehr als 20 Kilo pro Kopf und Jahr. Dieser Bedarf an Fisch und Meeresfrüchten ist ohne exzessives Aquarfarming nicht mehr zu decken. Die Farmer sehen sich dabei mit Herausforderungen - Stichwort Nachhaltigkeit im Umgang mit Wasser - konfrontiert, die nach Lösungen rufen...

Haben Sie schon mal Ihr Duschwasser in Eimern gesammelt? Was für den einen völlig absurd klingt, war für unsere Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS eine Zeit lang Standard. Denn sie entwickeln Systeme, mit denen sich Haushalte in ländlichen Regionen oder auf dem Wasser künftig unabhängig vom öffentlichen Energie-, Wasser- und Abwassersystem versorgen können sollen. Scheint trivial? Ist es aber ganz und gar nicht. Alleine der Wasser- und Abwasserkreislauf ist schon eine Herausforderung für sich...

Das Fraunhofer IKTS wünscht Ihnen und Ihrer Familie besinnliche Festtage und ein freudvolles Jahr 2018. Sehen sie sich im letzten Türchen eine Fotostrecke zur Räucherkerzenherstellung inklusive dampfender Räuchermänner an.

Heute öffnen wir das vorletzte Türchen unseres Science-Blog-Adventskalenders. Der Räuchermann ist aufgeregt, denn die Lösung steht kurz bevor. Der Rechner lieferte uns bereits im letzten Beitrag einen Einblick, wie sich die Temperaturen und damit die Luftdichte im Inneren des Räuchermanns verhalten. Wir vermuteten schon, dass die geringe Dichte der warmen Luft zu einer vertikalen Bewegung führt.

Der Räuchermann schaut interessiert zu, während der Computer die ersten Ergebnisse liefert. Zur Erinnerung: Wir kombinierten im gestrigen Beitrag den Räuchermann mit seiner inneren Form, dem Räucherkerzchen und der umgebenden Luft. Wir wiesen all diesen Elementen Eigenschaften zu, die entweder von uns gemessen wurden oder die wir anders ermittelten oder festlegten. Nun starten wir die Simulation. Das heißt, der Rechner sagt uns, was jetzt passiert. Welche physikalischen Effekte können wir beobachten?

Im zweiten Teil unseres Adventskalenders sahen wir bisher, wie wir den Räuchermann als einen chemischen Reaktor betrachten können mit einer inneren und äußeren Form, mit Abmessungen und Werkstoffeigenschaften. Wir erfuhren ebenfalls, wie wir diese Form und diese Eigenschaften in verschiedene Modelle im Computer übertragen können: Nämlich, indem wir zum Beispiel die Form durch viele kleine gedachte Tetraeder abbilden und den Raum rund um den Festkörper als Gasraum definieren. Damit legten wir die theoretischen Grundlagen für das weitere Verständnis.

Hinter dem letzten Kalendertürchen beschrieben wir, wie wir mit der Thermogravimetrie bestimmen können, bei welchen Temperaturen etwas Spannendes mit dem Kerzchen passiert: Nämlich bei 300 °C und 500 °C. Bei diesen Temperaturen verlassen Bestandteile das Kerzchen, denn die Masse nimmt ab. Es müssen auch gasförmige Stoffe sein, die entstehen, denn es bleibt kein Rückstand. Sind diese Gase etwa der wohlriechende Rauch? Um das herauszubekommen, bedienen wir uns eines Tricks.

Hinter unserem heutigen Türchen beginnen wir, das Geheimnis des Rauches zu lüften. Wir wissen nun, wie heiß das Kerzchen wird, bei welcher Temperatur es sich zersetzt und welche Wärme es freisetzt. Wir wissen noch nicht, wann und wie der Rauch entsteht und wie er zusammengesetzt ist.

Wir wissen aus den letzten Türchen unseres Adventskalenders, wie heiß ein Räucherkerzchen wird. Wir wissen auch, dass die Wärmemenge, die das Kerzchen erzeugen kann, nicht ausreicht, um unseren Räuchermann in Brand zu setzen. Aber wie groß ist diese Wärmemenge überhaupt? Bei gleicher Temperatur wird ja ein großes Räucherkerzchen mehr Wärme erzeugen als ein kleines. Reicht diese Wärmemenge aus, damit der Rauch an die Decke steigt?

Im letzten Türchen maßen wir die Temperatur eines glimmenden Räucherkerzchens – und zwar berührungslos. Wir nutzten dafür die Infrarotstrahlung, die vom heißesten Punkt des Räucherkerzchens ausgeht und daraus die Temperatur ermittelt. Wenn wir die Temperatur an einem Punkt messen können, lässt sie sich dann vielleicht auch an mehreren Punkten messen? An sehr vielen etwa, dazu noch gleichzeitig? Und wenn dies ginge, könnten wir dann vielleicht sogar ein Temperaturbild daraus zusammensetzen?

Unser Räuchermann erledigt seit Jahrzehnten seinen Dienst. Er besteht aus Holz und in seinem Inneren glüht ein Räucherkerzchen. Wie kann es sein, dass er in all den Jahren nie Feuer fing bei Glut und Holz auf so engem Raum zusammen? Hinter den nächsten Türchen unseres Adventskalenders widmen wir uns diesem Rätsel. Beginnen wir mit dem Räucherkerzchen. Wie heiß wird so ein Kerzchen überhaupt?

Im letzten Beitrag haben wir die Form des Räuchermannes im Computer nachgebildet und ein geometrisches Modell erstellt. Der Rauch strömt aber in den Hohlräumen, also genau dort, wo kein Holz ist. Wir müssen uns also nun um die Gebiete kümmern, die im Inneren des Räuchermannes und um ihn herum liegen.

Wir haben nun gesehen, wie unser Räuchermann im Inneren aufgebaut ist. Doch wie können wir verstehen, wie die physikalischen und chemischen Prozesse darin ablaufen? In der chemischen Verfahrenstechnik greift man an dieser Stelle auf etwas zurück, das den Ingenieuren hilft, die vielen Prozesse, Effekte und Messwerte in ihrem komplexen Zusammenspiel zu untersuchen: Man baut ein Modell.

Fragten Sie sich schon einmal, wie ein Räuchermann im Inneren, dem Unsichtbaren, aussieht? Besteht der Korpus aus einem Stück? Welches Material verarbeitete der Hersteller? Wir fragten uns genau dieses und erhielten Antworten! Wie? – Indem wir den Räuchermann mit der Mikrocomputertomographie (µCT) von Kopf bis Fuß durchleuchteten. Schauen wir sie uns einmal gemeinsam an.

Unser Räucherkerzchen selbst funktioniert nun, der weihnachtliche Rauch entwickelt sich. Doch warum braucht man einen Räuchermann, damit es richtig dampft? Und wie kommt es eigentlich, dass das Räucherkerzchen nicht verbrennt, sondern langsam verglimmt? Warum hat der Räuchermann genau diese Form und keine andere? Wissenschaftlich betrachtet sind dies Fragen aus der chemischen Reaktionstechnik.

Wenn Sie unserem Räuchermann genau ins Gesicht schauen, dann sehen Sie an den Stellen, an denen der Rauch den Mund verlässt, kleine braungelbe Beläge. Auch im Inneren ist der Räuchermann nach langer Benutzung mit solchen Ablagerungen überzogen. Sie stammen aus der unvollständigen Zersetzung von Bindemitteln und Duftstoffen aus dem Räucherkerzchen. Die hohe Temperatur des Kerzchens lässt diese Stoffe verdampfen, an kälteren Stellen setzen sie sich wieder ab. Wie verhält es sich in der Hochleistungskeramik?

Glückwunsch – unser Räucherkerzchen ist nun fertig! Zeit also für einen Test! Unser wackerer Räuchermann kommt nun zum ersten Mal zum Einsatz – zumindest sein Unterteil.

Ein nasses Räucherkerzchen glimmt nicht. Bevor man das Kerzchen also das erste Mal entzündet, muss es trocknen. In früheren Zeiten stellten die Menschen die frischen, feuchten Räucherkerzchen einfach auf ein Brett und ließen sie ein paar Tage an der Luft trocknen. In der Keramik geht das leider nicht so einfach.