Mit Wasserbrücken zu geladenem H2O

Wird hochreines Wasser in zwei Behältern unter Hochspannung gesetzt, wandert die Flüssigkeit den Becher entlang nach oben und bildet eine schwebende Wasserbrücke zwischen den Gefäßen. Gleichzeitig wird das Wasser elektrisch geladen. | Foto: Woisetschläger/Fuchs - TU Graz

Eine schwebende Wasserbrücke zwischen den Gefäßen. | Foto: Woisetschläger/Fuchs – TU Graz

Das im 19. Jahrhundert entdeckte Phänomen „Wasserbrücke“ galt bis zur wissenschaftlichen Wiederentdeckung 2007 an der TU Graz in Vergessenheit geraten. Was bedeutet nun “Wasserbrücke” genau? Wird hochreines, also mehrfach destilliertes Wasser in zwei Behältern unter Hochspannung gesetzt, wandert die Flüssigkeit den Becher entlang nach oben und bildet eine schwebende Wasserbrücke zwischen den Gefäßen. Das Wasser fließt in dieser Brücke in beide Richtungen und ist in einem völlig neuen Zustand mit besonderen Dichte- und Struktureigenschaften. Eine Forschungsgruppe der TU Graz und des niederländischen Forschungszentrums Wetsus hat nun gezeigt, dass diese schwebende Wasserbrücke elektrisch geladenes Wasser erzeugt und diese Ladung zumindest für kurze Zeit speichert.

Wasserbrücke mit protonischer elektrischer Ladung

Die Ladung des Wassers ist dank Wasserbrücke nicht elektronisch, sondern protonisch. Das neuartige Wasser ist entweder positiv oder negativ geladen, je nachdem ob es mehr oder weniger Protonen enthält. | Foto: Woisetschläger/Fuchs - TU Graz

Die Ladung des Wassers ist dank Wasserbrücke nicht elektronisch, sondern protonisch. Das neuartige Wasser ist entweder positiv oder negativ geladen, je nachdem ob es mehr oder weniger Protonen enthält. | Foto: Woisetschläger/Fuchs – TU Graz

Die Ladung des Wassers ist dabei nicht elektronisch, sondern protonisch. Das neuartige Wasser ist entweder positiv oder negativ geladen, je nachdem ob es mehr oder weniger Protonen enthält. Die Studie zeigt, dass im Anodenwasser – also in jenem Wasser mit anliegender positiver Spannung – im Rahmen der stattfindenden Elektrolyse Protonen gebildet werden. Diese Wasserstoffkerne fließen durch die Wasserbrücke in das Kathodenwasser des anderen, unter negativer Spannung stehenden Bechers und werden dort von Hydroxylionen neutralisiert. Da sich die Protonen mit endlicher Geschwindigkeit bewegen, herrscht in einem Wasserbehälter immer ein Protonenüberschuss, und im anderen einen Protonenmangel.

Wenn nun die Wasserbrücke plötzlich ausgeschalten wird, bleiben diese Protonen-Ladungen erhalten, wie sich mit Hilfe von Impedanzspektroskopie messen lässt. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass die Ladung der Flüssigkeiten über eine Woche stabil bleibt.

Von der „Wasser-Batterie“ bis zur abfallarmen Chemie

(v.l.) Jakob Woisetschläger vom Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik der TU Graz zeichnet gemeinsam mit Elmar C. Fuchs vom niederländischen Kompetenzzentrum Wetsun für die jüngste Erkenntnis rund um die Wasserbrücke verantwortlich. Zusammen mit Karl Gatterer vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie haben sie in der Vergangenheit schon mehrfach zu dem Phänomen publiziert. | Foto: Privat

(v.l.) Jakob Woisetschläger vom Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik der TU Graz, Elmar C. Fuchs vom niederländischen Kompetenzzentrum Wetsun, Karl Gatterer vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der TU Graz. | Foto: Privat

Die Erkenntnis, dass derartige Wasserbrücken als elektrochemische oder biochemische Reaktoren genutzt werden können, eröffnet eine Vielzahl möglicher industrieller Anwendungen. Substanzen können in der Wasserbrücke mit anderen Materialien für chemische Reaktionen in Kontakt gebracht werden, Wasser könnte als Speichermedium für elektrische Ladung zur „Wasser-Batterie“ werden, Säuren und Laugen könnten ohne Gegen-Ionen, also ohne saures oder alkalisches Wasser hergestellt werden. Das ebnet den Weg zu besonders umweltfreundlichen Reinigungsmitteln, reduziertem Abfall aus chemischen Prozessen und eröffnet neue Möglichkeiten für medizinische Anwendungen.

 

Publikation
Elmar C Fuchs, Martina Sammer, Adam D Wexler, Philipp Kunkte, Jakob Woisetschläger.

A floating water bridge produces water with excess charge.

Journal of Physics D: Applied Physics, Volume 49, Number 12, 2016.
DOI: 10.1088/0022-3727/49/12/125502
Kontakt
Ao.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Jakob WOISETSCHLÄGER.
Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik
TU Graz

Dipl.-Ing. Dr. Elmar C. FUCHS

Wetsus – European Centre of Excellence for Sustainable Water Technology

Leeuwarden