Mikro-Koaleszenzzelle zur Blasenkoaleszenzanalyse

Wie entstehen und verhalten sich Blasen in Flüssigkeiten und warum ist das so wichtig für unsere Umwelt und Industrie? Dieses Forschungsprojekt untersucht Mehrphasen-Systeme, also Mischungen aus Gas, Flüssigkeit und manchmal auch Feststoffen. Solche Systeme begegnen uns täglich: beim Kochen, in Wolken, im Meer oder im sprudelnden Mineralwasser. Gleichzeitig bilden sie die Grundlage vieler technischer Prozesse etwa bei der Abwasserreinigung, in chemischen Anlagen oder bei der Herstellung von Medikamenten. Ein Schlüsselaspekt ist die Koaleszenz das Verschmelzen zweier Blasen zu einer größeren. Dieser scheinbar einfache Vorgang hat weitreichende Folgen: Er bestimmt die Größe und Oberfläche der Blasen, die wiederum den Austausch von Stoffen zwischen Gas und Flüssigkeit beeinflussen etwa Sauerstoff beim Klären von Abwasser oder Kohlendioxid bei chemischen Reaktionen. Je nachdem, ob Blasen rasch zusammenfließen oder stabil nebeneinander bestehen, verändern sich Strömung, Stoffaustausch und Energieverbrauch einer Anlage. In industriellen Prozessen kann das über die Effizienz einer Reaktion entscheiden. Auch in der Natur ist Koaleszenz wichtig: Sie steuert, wie schnell Gase im Meer gelöst werden oder in die Atmosphäre entweichen und wirkt damit auf den globalen Kohlenstoffkreislauf und das Klima. Ein besseres Verständnis dieser Vorgänge hilft, technische Prozesse gezielter zu steuern, Energie zu sparen und Umweltbelastungen zu verringern. Im weiteren Sinne liefert es wertvolle Erkenntnisse darüber, wie Ozeane als Atemsystem der Erde funktionieren und welchen Einfluss Blasen auf den Austausch von Treibhausgasen haben. Das Projekt entwickelt dafür eine neuartige Methode, um Blasenkoaleszenz gezielt auszulösen und präzise zu vermessen. In einem speziell konstruierten Mikrokanal werden Blasen kontrolliert zusammengeführt und mit Hochgeschwindigkeitskameras beobachtet. Mithilfe Künstlicher Intelligenz werden die Bilddaten automatisch ausgewertet, sodass selbst kleinste Bewegungen und Formänderungen sichtbar werden. So entsteht ein bisher unerreichter Einblick in das Verhalten von Blasen auf kleinstem Raum. Aus den Daten entsteht eine frei zugängliche Datenbank, in der die Eigenschaften verschiedener Flüssigkeiten systematisch erfasst werden. Diese Informationen bilden die Grundlage für Modelle, mit denen sich industrielle Prozesse künftig besser planen und vom Labor- bis zum Großmaßstab übertragen lassen. Zugleich wird ein offenes Versuchssystem entwickelt, das weltweit genutzt werden kann, um Forschung zu vernetzen und zu vergleichen. Das Projekt verbindet Laborarbeit mit modernster Datenanalyse: Verfahrenstechnik und Informatik greifen ineinander präzise Experimente liefern Daten, maschinelles Lernen erschließt daraus neue Zusammenhänge. So entsteht ein Werkzeug, das Innovation und Klimaschutz miteinander verbindet und den Weg zu nachhaltigeren Technologien ebnet.