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Massachusetts Institute of Technology: Verdunstung funktioniert anders als gedacht

Verdunstung wird überwiegend durch Sonneneinstrahlung und nicht durch Wärmezufuhr verursacht. Zu diesem Schluss kommt ein Forschungsteam am Massachusetts Institute of Technology (MIT).



Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat neue Erkenntnisse über den allgegenwärtigen Verdunstungsprozess gewonnen. Das Phänomen könnte eine Rolle bei der Bildung und Entwicklung von Nebel und Wolken spielen. Es könnte die Genauigkeit von Klimamodellen verbessern oder für die Industrie wichtig sein.

Im letzten Jahr wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem Wasser in einem Hydrogel, einem schwammartigen Material, eingeschlossen war. Zur Überraschung der Forschungsgruppe verdunstete dieses Wasser schneller, als es bei der zugeführten Wärmemenge hätte sein dürfen. Die Geschwindigkeit der Verdunstung verdoppelte sich, teilweise verdreifachte sie sich sogar.

Weitere Experimente folgten. Die Forschungsgruppe kam zu dem Schluss, dass Licht an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft die Verdunstung unter bestimmten Bedingungen direkt herbeiführen kann. Dafür benötigt es keine Wärme. Dieser Vorgang sei sogar noch effizienter als bei der Wärmezufuhr. Zwar wurde das Wasser bei diesem Experiment in einem Hydrogelmaterial gehalten – jedoch vermutet die Gruppe, dass das Phänomen auch unter anderen Bedingungen auftreten könnte.

Weitere Experimente brachten Licht

Schließlich bestrahlten sie die Wasseroberfläche nacheinander mit verschiedenen Lichtfarben und maßen die Verdunstungsrate. Zu diesem Zweck stellten sie einen Behälter mit wasserhaltigem Hydrogel auf eine Waage und maßen direkt die Menge der durch Verdunstung verlorengegangenen Masse. Sie ermittelten zudem die Temperatur über der Hydrogeloberfläche. Die Lichter wurden abgeschirmt, um zu verhindern, dass sie zusätzliche Wärme erzeugen. Bei einer bestimmten Wellenlänge des grünen Lichts war der Effekt am höchsten.

Eine solche Farbabhängigkeit hat nichts mit Wärme zu tun und unterstützt daher die Idee, dass das Licht selbst zumindest einen Teil der Verdunstung verursacht. Anschließend wiederholte das Team das Experiment unter dem Einsatz von Strom. Mit diesem erhitzten sie das Material ohne die Zufuhr von Licht. Obwohl die Wärmezufuhr dieselbe war wie bei dem anderen Versuch, überstieg die verdunstete Wassermenge nie die thermische Grenze. Sobald das simulierte Sonnenlicht eingeschaltet wurde, wurde die Grenze überschritten.

Nach der Entdeckung dieses Effekts, den die Forscher als photomolekularen Effekt bezeichnen, arbeiten sie nun daran, ihn in der Praxis anzuwenden. Beispielsweise könnten dadurch solarbetriebene Entsalzungssysteme effizienter arbeiten.

Zur Studie

Die Studie wurde am 30. Oktober 2023 in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht: Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit (Plausibler photomolekularer Effekt, der zu einer Wasserverdunstung führt, die die thermische Grenze überschreitet).

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