Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vulkanasche und Flugverkehr: Nicht auf Sand bauen

10.03.2016

Vulkanasche kann Flugzeugmotoren beschädigen. Doch wie groß ist das Risiko wirklich? LMU-Vulkanologen haben dafür ein empirisches Modell entwickelt, weil gängige Tests mit Sand das Verhalten der Asche nicht korrekt widerspiegeln.

Vulkanasche ist für Flugzeuge gefährlich, da sie Düsentriebwerke, aber auch andere Flugzeugteile massiv beschädigen kann. Deshalb führte der Ausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull im Jahr 2010 zu Luftraumsperrungen, die den Flugverkehr großräumig lahm legten und erhebliche wirtschaftliche Schäden nach sich zogen.


Foto: picture alliance / Westend61

„Die Schäden an den Triebwerken entstehen vor allem durch die Ablagerung geschmolzener Asche“, sagt Professor Donald Dingwell, Direktor des Departments für Geo- und Umweltwissenschaften. „Die Luftraumsperrungen waren auch deshalb so umfangreich, weil es noch keine ausreichenden Erkenntnisse zum Schmelzverhalten von Vulkanasche in Triebwerken gibt.“

Dingwell hat mit seinem Team nun gezeigt, dass die chemische Zusammensetzung der Asche dabei eine Rolle spielt - und dass Tests mit Sand oder Staubpartikeln die Auswirkungen von Vulkanasche auf Triebwerke nicht korrekt widerspiegeln. Mithilfe ihrer Ergebnisse, über die sie in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Communications berichten, haben die Vulkanologen ein Modell entwickelt, mit dem sich das Risiko besser abschätzen lässt.

In Düsentriebwerken herrschen Temperaturen von 1200°C bis zu 2000°C. Unter solchen Bedingungen schmilzt Vulkanasche und lagert sich auf den heißen Bauteilen der Flugzeugturbine ab. Dadurch verstopfen unter anderem Kraftstoffdüsen und Kühlluftbohrungen, außerdem besteht die Gefahr, dass die Aschepartikel in die Hitzeschutzschicht der Turbine eindringen und dort erheblichen Schaden anrichten.

„Bisher gibt es nur veraltete Tests, bei denen die Haltbarkeit von Turbinen gegenüber Partikeln in der Luft mithilfe von Sand untersucht wurde“, sagt Dingwell. „Vulkanische Asche unterscheidet sich chemisch aber deutlich von Sand. Zusätzlich kann ihre chemische Zusammensetzung auch noch sehr stark variieren, je nachdem, von welchem Vulkan sie stammt.“

Asche schmilzt beim Erhitzen generell früher als Sand

Darum haben die Forscher nun erstmals das Schmelzverhalten von Vulkanaschen systematisch untersucht. Dazu erhitzten sie Ascheproben von insgesamt neun Vulkanen auf bis zu 1650°C und simulierten so Temperaturen, wie sie an unterschiedlichen Stellen in Triebwerken herrschen können. Dabei zeigte sich, dass die Schmelztemperatur von vulkanischer Asche von deren chemischer Zusammensatzung abhängt: Die Asche schmilzt umso früher, je mehr basische Oxide sie enthält.

„Mithilfe unserer Daten konnten wir ein empirisches Modell entwickeln, das das Schmelzverhalten der Asche in Abhängigkeit von ihrer chemischer Zusammensetzung und von der Erhitzungsrate beschreibt“, sagt Dingwell. „Außerdem haben wir frühere Ergebnisse bestätigt, dass Asche generell bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen schmilzt als Staub oder Sand – sich also auch schneller auf den heißen Bauteilen ablagert.“ Die Wissenschaftler sind daher der Überzeugung, dass Experimente mit Sand nicht geeignet sind, um die Wirkung von Vulkanasche auf Turbinen zu untersuchen, da sie das Ausmaß der Schädigung unterschätzen.

„Mit unserem Modell liefern wir die Basis, die Ablagerung von Vulkanasche in Triebwerken zukünftig besser einzuschätzen”, sagt Dingwell. Als nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler die Datengrundlage verbreitern und so das Modell weiter verbessern. Ein weiteres Ziel ist es, Triebwerke durch die Entwicklung von „ablagerungs-abweisenden“ Oberflächen weniger anfällig zu machen.
Nature Communications 2016

Publikation:
Volcanic ash melting under conditions relevant to ash turbine interactions
Wenjia Song, Yan Lavalleé, Kai-Uwe Hess, Ulrich Kueppers, Corrado Cimarelli & Donald B. Dingwell
Nature Communications 2016
http://www.nature.com/ncomms/2016/160302/ncomms10795/full/ncomms10795.html

Kontakt:
Prof. Dr. D. B. Dingwell
dingwell@lmu.de
Telefon: +49 (0) 89 / 2180-4136
Fax: +49 (0)89 / 2180-4176
http://www.mineralogie.geowissenschaften.uni-muenchen.de/personen/head/dingwell/...

Luise Dirscherl | Ludwig-Maximilians-Universität München
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Neues Forschungsspecial zu Meeren, Ozeanen und Gewässern
18.01.2017 | Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

nachricht Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?
17.01.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise