Jeden Winter bringt Frost unwillkommene Störungen mit sich – von vereisten Windschutzscheiben bis hin zu eingefrorenen Wärmepumpen. Herkömmliche Auftaumethoden basieren auf energieintensivem Erhitzen oder umweltschädlichen Chemikalien. Jetzt schlagen Forscher der Virginia Tech eine innovativere Lösung vor: elektrostatisches Auftauen (EDF).
Diese Methode ist von den winzigen elektrischen Ladungen inspiriert, die bereits im Frost selbst vorhanden sind. Associate Professor Jonathan Boreyko und sein Team glauben, dass sie diese natürlichen elektrischen Ströme nutzen können, um Eis zu entfernen, ohne auf Hitze oder aggressive Chemikalien zurückgreifen zu müssen. Ihre früheren Arbeiten zeigten, wie der Einsatz einer kleinen Spannung Wasserfilme in der Nähe von Frost polarisieren und mikroskopisch kleine Eiskristalle ablösen kann.
EDF baut auf diesem Konzept auf, indem es eine viel stärkere Spannung an eine über dem Frost positionierte Elektrode anlegt. Die Idee ist, dass dadurch die elektrische Polarisation innerhalb des Frosts weiter verstärkt wird. Diese erhöhte Polarisation erzeugt eine starke Anziehungskraft zwischen dem Reif und der Elektrode, was dazu führt, dass die Reifkristalle brechen und von der Oberfläche „springen“.
Beim Testen ihrer Theorie sah das Team ermutigende erste Ergebnisse: Selbst ohne angelegte Spannung entfernte eine über dem Frost platzierte Kupferplatte etwa 15 % davon aufgrund der natürlichen Fähigkeit des Frosts, sich schwach selbst zu polarisieren. Durch Anlegen von 120 Volt wurde die Entfernungsrate erheblich auf 40 % erhöht, und eine weitere Erhöhung der Spannung auf 550 Volt führte zu einer Reduzierung des Frosts um 50 %.
Doch die Sache nahm eine unerwartete Wendung, als die Forscher die Spannung noch weiter erhöhten. Anstatt die Leistung kontinuierlich zu verbessern, nahm die Frostentfernung bei Spannungen über 1.100 Volt tatsächlich ab. Dies verwirrte das Team, da ihr theoretisches Modell eine kontinuierliche Verbesserung mit höherer Spannung vorhersagte.
Es stellte sich heraus, dass der Übeltäter ein Ladungsverlust des polarisierten Frosts in die darunter liegende Oberfläche war, auf der er wuchs. Tests auf einem stärker isolierenden Glassubstrat ergaben, dass dieses Leckageproblem bei hohen Spannungen weniger ausgeprägt war. Der Wechsel zu einem „lufteinschließenden superhydrophoben“ Substrat – einem stark wasserabweisenden Material – löste das Problem vollständig und ermöglichte es ihnen, die erwarteten Ergebnisse zu erzielen.
Bei 5.500 Volt, der höchsten Spannung, die auf diesem neuen Substrat getestet wurde, wurden unglaubliche 75 % des Frosts entfernt und sogar ein verstecktes Virginia Tech-Logo unter dem Eis zum Vorschein gebracht!
Obwohl EDF noch in den Kinderschuhen steckt, ist es als zukünftige Alternative zu herkömmlichen Auftaumethoden vielversprechend. Es hat das Potenzial, deutlich kostengünstiger, umweltfreundlicher und energieeffizienter zu sein. Zu den nächsten Schritten für Boreykos Team gehören Tests auf verschiedenen Oberflächen und eine weitere Steigerung der Frostbeseitigungsraten – letztendlich mit dem Ziel einer 100-prozentigen Eisbeseitigung.
