Physiker verringern globalen Stromverbrauch
Die Forscher des Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg ließen ihre Methode bereits patentieren. Sie könne laut dem Fachblatt „Nature Physics“ die benötigte Energie beim Transport von Flüssigkeiten deutlich reduzieren.
Beim Transport von Öl, Gas oder Wasser wird nämlich erstaunlich viel Energie benötigt. Laut Schätzungen der Internationalen Energieagentur sind es sogar bis zu zehn Prozent des globalen Stromverbrauchs, die dafür eingesetzt werden. Erschwert wird das Ganze durch turbulente Störungen, die den Reibungswiderstand massiv erhöhen. Daher beschäftigt sich das Team um Björn Hof und Jakob Kühnen seit geraumer Zeit mit der Frage, wie diese Störungen minimiert werden können.
Forscher: „Geschwindigkeitsprofil im Rohr ändern“
„Das Grundprinzip ist, dass wir das Geschwindigkeitsprofil im Rohr ändern“, erklärte Kühnen. Das Problem sei nämlich, dass die Flüssigkeit an verschiedenen Stellen im Querschnitt der Leitung unterschiedlich schnell sei. Während Flüssigkeiten in der Rohrmitte rasch fließen, nimmt die Geschwindigkeit vor allem ganz nahe am Rand rapide ab, und geht gegen null. Diese Unterschiede führen zu den Verwirbelungen und in Folge auch zu der erhöhten benötigten Energie.
IST Austria/Reiner Riedler
Björn Hof und sein Forschungsteam
Die Forscher verfolgten nun die Idee, die Geschwindigkeitsdifferenzen mit verschiedenen Ansätzen zu verkleinern. Dazu entwickelten sie Methoden, um im Zentrum zu bremsen und am Rand zu beschleunigen. Diesen Effekt erzielten die Wissenschafter indem sie die Geschwindigkeit in der Rohrmitte mit Rotoren reduzierten. „Nahe an der Wand wird es dadurch etwas schneller. Das führt dazu, dass stromabwärts die Turbulenz zerfällt“, so Kühnen.
95 Prozent der Pumpenenergie einsparen
Das gleiche Ergebnis kann mit einer Düse oder einem beweglichen Rohr-Teilstück erzielt werden. In Computersimulationen und Experimenten stellte sich heraus, dass so bis zu 95 Prozent der Pumpenenergie eingespart werden könnten. Ist die Strömung nämlich einmal behoben und gibt es keine weiteren Störungen, kehren die Turbulenzen auch nicht mehr zurück. Da typische Pipelines allerdings Knicke aufweisen, durch Ventile unterbrochen sind und Schweißnähte an den Übergängen der Rohr-Module meistens nicht glatt sind, ist diese Bedingung in der Realität aber selten gegeben, schränkte Kühnen ein.
Zur Anwendung könnte die neue Methode daher vor allem in Pipelines kommen, die erst geplant werden. Betreiberfirmen seien jedenfalls bereits an den Erkenntnissen der Physiker interessiert, heißt es. Die Wissenschafter haben auch schon Prototypen für Anlagen entwickelt, und sehen sich auf einem guten Weg zur Produktreife.