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News: Motor ohne Rauch mit Schall

Jeder Mechanikerlehrling weiß, daß ein Verbrennungsmotor aus einer komplizierten Anordnung von Stäben, Röhren, Federn und anderen Bauteilen besteht. Nun haben Wissenschaftler einen Motor gebaut, der fast genauso effizient ist - aber keinerlei bewegliche Teile besitzt. Die Erfindung verwandelt Hitze in intensive Schallwellen, die Gase komprimieren oder Generatoren antreiben können.
Die Idee beruht auf einer Wärmekraftmaschine des technisch begabten Geistlichen Robert Stirling aus dem Jahre 1816 . Diese besteht aus einem Zylinder, in dem erwärmte Luft einen Kolben antreibt. Wenn die heiße Luft ihrer Arbeit verrichtet hat, wird sie von einem Verdrängungskolben in eine zweite Kammer gepreßt, wo sie abkühlt und anschließend wieder in den Zylinder zurückgeführt wird. Scott Backhaus und Gregory Swift, beide Physiker am Los Alamos National Laboratory in New Mexico, haben nun die Kolben durch Schallwellen ersetzt (Nature, 27. Mai 1999).

Ihr Tischmotor besteht aus einem Resonator – einer Röhre, in der Schall mit einer Frequenz von 100 Hertz schwingt. Oder mit anderen Worten: An jeder Stelle der Röhre steigt und fällt der Druck hundertmal pro Sekunde, wenn die Gasmoleküle vor- und zurückgerissen werden. Der Schall pflanzt sich außerdem in eine andere Röhre fort, die wie eine geschlossene Schleife geformt ist und mit dem anderen Ende des Resonators verbunden ist. An einem Punkt in der Röhre wird das Gas erhitzt, und jedesmal wenn der Druck seinen Höchstwert erreicht, kann es in einen angrenzenden Stapel von kaltem Maschendraht expandieren, der das Gas abkühlt. Immer wenn der Druck der Schallwelle abnimmt, werden die gekühlten Gasmoleküle in das heiße Gebiet in der Röhre zurückgerissen. Der Kreislauf beginnt von neuem und verstärkt die Schallwelle. Die Maschine produziert bis zu 710 Watt an Schallenergie und verschwendet etwa siebzig Prozent der dem System zugeführten Hitze – ein Wirkungsgrad von dreißig Prozent. "Für den ersten Versuch, denke ich, können wir sehr zufrieden sein", sagt Swift.

Dieser Wirkungsgrad stellt einen "großen Durchbruch" dar, so der Akustiker Steven Garrett von der Pennsylvania State University. Er glaubt, daß ein verbesserter thermoakustischer Stirling-Motor noch effizienter als ein Verbrennungsmotor werden kann, der einen maximalen Wirkungsgrad von bis zu vierzig Prozent erreicht. Der nächste Schritt, sagt Swift, ist es, einen größeren Motor zu bauen, der den Schalldruck nutzt um Gase, zu verflüssigen, die bislang abgefackelt wurden und damit ungenutzt verloren gingen. Die akustische Energie könnte auch dafür ausgenutzt werden, um eine Spule so um einen Magneten zu bewegen, daß elektrischer Strom produziert wird.

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