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 Einblicke unter die Oberfläche des Mars
21.07.2017 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Tauender Permafrost setzt altes Treibhausgas frei
19.07.2017 | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie