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Publikation von Ernst J. Minhorst, Dresden, © 2007 alle Rechte vorbehalten - http://www.ejomi.de/ -

"Schlamm in Wasser verwandeln"

Die Vorgeschichte

Im Internet stieß ich durch Zufall auf die Homepage von Achmed Khammas (www.buch-der-synergie.de) wo er u.a. auch das Thema "Meerwasser-Entsalzung" bespricht. Herr Khammas stellt dort fest:

"Von der Logik her scheint es viel einfacher, das Meerwasser von 20° oder 25°C
auf eine Temperatur unter 4°C (Anomaliepunkt) zu kühlen
als es, wie bislang, auf über 100°C zu erhitzen."

Da wurde ich hellwach: Mein Vater, ein anerkannter Wissenschaftler und Kristallograph der leider viel zu früh vor vielen Jahren verstarb, hatte mir als Jugendlicher schon davon erzählt. So weiß ich seit über 30 Jahren von einer sehr effizienten Maschine, die durch Abkühlung/Vereisung aus Meerwasser Trinkwasser herstellt, und habe bisher noch niemanden davon erzählt!

Die Energie-Bilanz dieser Maschine stellt alles in den Schatten, was heute an Entsalzungsmethoden existiert. Die Maschine gab's allerdings bisher nur als Labor-Aufbau und wurde nie in Serie gebaut, weil sich kein Investor für diese - für Laien nicht einfach durchschaubare - Technik fand.

Wieso habe ich bis heute geschwiegen?

Nun - erstens habe ich beruflich eine völlig andere Richtung eingeschlagen und bin in Sachen Kristallographie (und das ist die Kern-Technologie bei dem hier vorgestellten Verfahren) ein absoluter Laie. Zweitens wollte ich nicht, dass das geistige Erbe meines Vaters durch Fremde gewinnbringend ausgenutzt wird.

Als ich Herrn Khammas von meinen Bedenken zur Veröffentlichung meines Rest-Wissens erzählte, bekam ich eine klare Antwort:

"... wenn ich unfähig bin, es selber zu Geld zu machen, dann sollte ich nicht sauer sein, wenn es jemand anderes schafft ..."

Tja - klingt brutal - stimmt aber: Warum sollte ich Wissen verschweigen, wenn möglicherweise andere Leute etwas Gutes damit anfangen können?

Also schreibe ich jetzt einfach mal alles auf, an was ich mich noch so erinnern kann:
 

Zunächst geht es um Kristalle, ein wirklich faszinierendes Thema
- und zwar  für alle ...

 

Dresden, im November 2007
E.J.Minhorst

 
 


Sie sind technisch unbegabt? ... keine Sorge: dieser Artikel wird leicht verdaulich bleiben und ihnen - selbst wenn sie nicht an der Maschine interessiert sind - eine neue und schöne Weltsicht verschaffen, garantiert !


 

Schlamm in Wasser verwandeln

Das Eis-Wunder in der Pfütze

Ist Ihnen bei beginnender Winterzeit schon einmal aufgefallen, dass Schlammpfützen - z.B. auf dem freien Feld oder auf wenig befahrenen Straßen - die bei nächtlichem Kälteeinbruch überfroren waren, eine überraschend kristall-klare Eis-Schicht besaßen?

Der Eindruck täuscht nicht: Es ist "klar" im doppelten Wortsinn! Sie können eine solche Eis-Schicht selbst vom schmutzigsten Sumpfloch abheben, vorsichtig das anhaftende Dreckwasser von der Unterseite abspülen und das Eis anschließend verzehren - es wäre höchstwahrscheinlich völlig sauber und geschmacksneutral.

Ich habe soeben den Ausdruck "kristall-klar" ganz bewusst verwendet: Man muss allerdings etwas über das Wesen von Kristallen wissen, um diesen Hintersinn vollständig zu verstehen. Erst dann können die Überlegungen zur "Trinkwasseraufbereitung durch Vereisung" fortgesetzt werden.

Glas ist kein Kristall - Basalt schon eher!

Bei dem Wort "Kristall" denkt fast jeder zuerst an einen glitzernde Glas-Gefäße oder Strass-Schmuck - leider völlig falsch! Auch die Begriffe "Kristall-Glas" und "Blei-Kristall" sorgen für weitere Irrtümer, sind sie doch in Wahrheit nur Worthülsen aus der Marketing-Welt, die "kostbar" klingen sollen.

Genaugenommen handelt es sich bei Glas nur um eine Flüssigkeit, die - temperaturbedingt - vorübergehend erstarrt ist (der Physiker nennt das "amorph"). Dieses erstarrte Material lässt sich prima sägen, schleifen und polieren und man kann so sehr hübsche Gebilde gestalten, die im günstigsten Fall Kristallen ähneln - mehr aber mit Sicherheit nicht!

Strass-Schmuck, wie eine Pyramide geschliffen Strass-Schmuck als Rhombe geschliffen Basalt-Steinbruch mit riesigen Steelen
Keine Kristalle (geschliffenes Glas / Modeschmuck) Kristalle (Basalt-Steinbruch)

Basalt-Säulen in den Steinbrüchen der Mittelgebirge sind da schon anders: Vor dem Abbau hat diese "Steine" noch niemand bearbeitet und trotzdem zeigen sie sich in einer faszinierenden Schönheit und Regelmäßigkeit. Ist Ihnen dabei schon einmal der stets 5-eckige Querschnitt der Säulen aufgefallen?

Basalt ist nämlich keineswegs "nur so" erstarrte Lava, sondern ein Material, das durch sehr langsame Abkühlung genug Zeit fand, sich - zunächst auf molekularer Ebene bis hin zu für unsere Augen sichtbare Strukturen - zu ordnen. Basalt kann man deshalb - im Gegensatz zu Glas - nicht mehr lapidar als erstarrte "Flüssigkeit" bezeichnen: die Bruchkanten verlaufen parallel und sogar die Belastbarkeit des "Steins" ist je nach Druckrichtung völlig unterschiedlich. Glas dagegen zersplittert - egal wie man darauf einwirkt - einfach nur in einen unschönen Scherbenhaufen und lässt dabei nie irgendwelche Strukturen erkennen.

(Falls Sie jetzt an die Bruchstrukturen von Sicherheitsglas im Auto denken: die dort sichtbaren Muster sind durch im Glas eingeschmolzene Kunststoffe künstlich hervorgerufen - das hat nichts mit Kristallen zu tun!)

Neben Basalt findet man natürlich auch "vulkanisches Glas": Bekanntester Vertreter ist der Achat, der wegen seiner Farbenvielfalt auch gerne als Schmuckstein verwendet wird - aber Achtung: Er ist und bleibt erstarrtes Glas und verhält sich genauso wie seine durchsichtige Schwester in unseren Fenster-Rahmen!

 


Saubere Ordnung - einfach nur "sauber" !

Beim Thema Basalt hatte ich erwähnt, dass sich die Strukturen bereits im molekularen Maßstab herausbilden - und das ist wirklich eine Besonderheit die genauer betrachtet werden muss, um das Prinzip der "sauberen" Kristallisation zu verstehen:

Jedes Material besteht aus Molekülen (= eine Konstruktion mehrerer Atome) die jeweils ihre ganz eigne, unverwechselbare Form besitzen. Diese Formen des Mikro-Kosmos kann man vielleicht mit einem Rasterelektronenmikroskop gerade noch erahnen - erst mithilfe der bekannten Gittermodelle kann sich der Mensch die winzigen Strukturen "begreifbarer" machen. Solange solche Moleküle ungeordnet in der Gegend "herumfliegen", ist diese Substanz entweder gasförmig oder flüssig (Stichwort "Aggregatzustand").

Bei ausreichender Abkühlung wird allerdings jede Substanz irgendwann einmal (spätestens beim absoluten Nullpunkt) fest - das ist sicher. Die alles entscheidende Frage ist dabei: wieviel Zeit wurde dem Stoff bei der Abkühlung bis zum Erreichen seiner Endfestigkeit gelassen?

Bei zu schneller Abkühlung des Materials bekommen wir quasi eine "Momentaufnahme" seines Zustands während des Erkaltens, z.B. sind dann bei Stoff-Gemischen die diversen Beimengungen völlig ungeordnet im Material verteilt - fast so, wie sie es noch vor dem Zeitpunkt der Erstarrung waren.

Lässt man dem Material dagegen während der Abkühlung genug Zeit, neigen manche Moleküle dazu, sich zu gruppieren: Sie schmiegen sich lückenlos aneinander und bilden homogene Blöcke die nur aus einer einzigen, völlig reinen Substanz bestehen - kurz: sie kristallisieren!

Natürlich gewachsene Bergkristalle Morphologie von Siliciumdioxid (Ausschnitt)
Echte, saubere Kristalle (Quarz/Bergkristall):
sie wurden nicht geschliffen oder poliert - man fand sie genau so wie oben abgebildet zwischen irgendwelchem anderen "Dreck" !
Alles, was aus reinem Siliciumdioxid (Quarz) besteht, kristallisiert exakt nach den Winkeln und Flächenverhältnissen, wie sie auf dieser Quarz-Modellzeichnung dargestellt sind (die Ziffernfolge zeigen dem Fachmann die Raumlage der Flächen).

Erstaunlich ist die für die jeweilige Substanz stets gleiche Gestalt bei Kristallen - genauer: die stets gleichen Kanten- und Flächenlagen. Leider wird durch äußere Einflüsse die Gestaltung von Kristallen während der Wachstumsphase sehr oft gestört. Dies führt dann z.B. zu unkontrolliertem "Wildwuchs", wie oben auf dem Foto des Berg-Kristalls zu sehen ist. Bei genauer Betrachtung der Details stellt man jedoch fest, dass sich alle Einzel-Segmente exakt wie das Modell verhalten: die gleichen Winkel, die gleichen Flächenverhältnisse!

3-fach Molekül des Quarz-Kristalls

Weiter oben hatte ich erwähnt, dass jedes Molekül eine bestimmte Form besitzt. Bei Kristallen legen sich diese Moleküle entsprechend ihrer jeweiligen Form lückenlos auf- und ineinander bis man die Gestalt sogar mit bloßem Auge erkennen kann.

Beispiel: Das Quarz-Molekül besteht aus "verschraubten" Tetraedern (Abb. links), die sich weiter zu einem regelrechten "Bauwerk" verschachteln und auftürmen lassen. Die äußere Form dieses Bauwerks entspricht dann tatsächlich der oben gezeigten Modellzeichnung!

Wie groß das "Bauwerk" - also der Kristall - am Ende wird, hängt nur von den verfügbaren Ressourcen ab - im Basalt-Steinbruch haben wir's gesehen!

Jede Substanz bildet also ihre ganz spezielle - aber stets gleiche - kristalline Gestalt, sodass ein erfahrener Kristallograph "blind" - z.B. anhand der ertastbaren Flächenlagen - auf das Material schließen kann.

"Der perfekte Kristall" wäre demnach ein einziger, geschlossener Körper der genau so wie das Lehrbuch-Modell aussieht. Solche perfekten Kristalle heißen "Einkristalle" oder "Mono-Kristalle".

Wir treffen hier auf ein echtes Wunder unseres Universums: Woher "weiß" ein Kristall, wie er die Moleküle am geschicktesten aufeinanderlegen muss, um eine perfekte Form zu erlangen? Genauso rätselhaft ist die offensichtliche "Eitelkeit" von Kristallen, die dazu führt, zu jedem Zeitpunkt und während aller Wachstumsphasen die äußere Gestalt wohl-proportioniert erhalten zu wollen - egal wie klein oder wie groß er ist!

Ein weiteres Mysterium von Kristallen ist das Bestreben, beim Aufbau der Strukturen absolut sauber zu bleiben ... und darin liegt das Geheimnis, das uns zur Möglichkeit der Wasseraufbereitung führt!

 


Kristallzucht ... ist wie die Orchideen-Aufzucht !

Nicht ohne Grund haftet Kristallen schon seit je her etwas okkultistisches an, und auch Menschen, die sich mit Kristallen beschäftigen, wurden (und werden) immer schon hoch achtet (oder beargwöhnt)!

Weiter oben habe ich erläutert, dass aus einer Schmelze*) Kristalle über Zeiträume wirklich "wachsen", in dem sie sich Molekülweise - Schicht für Schicht - selbst aufbauen. Allein das schon klingt für den Laien sehr mysteriös, wo doch diese "Steine" so solide und unveränderlich erscheinen. Man kann aber tatsächlich das Wachstum eines Kristalls jederzeit fortsetzen, in dem man ihn der richtigen Umgebung aussetzt: es würden sich selbstverständlich wieder weitere Schichten in der oben beschriebenen Weise an die vorhandenen Kristallflächen anlegen und das Gebilde weiter vergrößern - ohne dabei die Form zu verlieren!

Außerdem habe ich am Ende des vorherigen Abschnitts "Saubere Ordnung" das Wunder vom offenbar eigenen "Willen" der Kristalle beschrieben - auch ein Phänomen, das eher phantastisch als wissenschaftlich klingt. Nehmen wir es als das was es ist: ein Wunder der Natur - und lernen wir, damit umzugehen!

Alles zusammengenommen legt die Idee nahe, dass bei diesen Vorgängen eine helfende Hand von außen die echte "Hochzucht" von Kristallen ermöglichen kann, in dem z.B. für ideale Umgebungsbedingungen gesorgt wird und Störfaktoren ferngehalten werden - und genau das ist der Job des praktischen Kristallographen: er "züchtet" tatsächlich Kristalle wie zarte Pflänzchen!

Diese ganzen Erkenntnisse sind wesentlich, um bei der Trinkwasseraufbereitung durch Eis erfolgreich zu sein: Die Apparatur dazu ist relativ einfach - wirklich wichtig ist die innere Einstellung zu Kristallen und eine gute Beobachtungsgabe um zu erkennen, was diesen "Pflänzchen" fehlt oder was sie stört! Bei allen theoretischen Vorüberlegungen und Berechnungen (die natürlich nötig sind, um die richtigen Rahmenbedingungen bereitzustellen) kommt man am Ende um eine gewisse Portion Empirie nicht herum. So kann selbst ein Laie mit wenigen Hilfsmitteln, etwas Forschungsdrang und gutem Einfühlungsvermögen ein sehr erfolgreicher Orchideenzüchter - und/oder Kristallzüchter - werden!

*) Ich habe in diesem Artikel - weil zum Thema Wasser/Eis passend - nur die Vorgänge in der Schmelze beschrieben. Daneben existiert auch die Kristallisation aus gesättigten Lösungen, bei der sich die gleichen Vorgänge abspielen. Kristalle aus Lösungen zu gewinnen ist technisch sogar wesentlich einfacher - die Einzelheiten dazu würden aber hier zu weit führen.

Willkommen in der Eis-Welt

Wässrige Lösungen sind uns auf der Erde allgegenwärtig und sehr vertraut. Ob Kochsalz, Fluorid, Tüten-Suppen oder Aspirin® : alles dies und noch viel mehr lässt sich prima in Wasser auflösen. Wasser als Lösungsmittel zu betrachten ist also keineswegs falsch - führt aber leicht zu Denk-Irrtümern, wenn wir über Eis reden wollen: Wasser ist nämlich in erster Linie eine Schmelze! Das Material, aus dem diese Schmelze gewonnen werden kann, nennen wir Menschen respektlos "Eis" .

Nur weil es auf unserem Globus relativ warm ist, existiert hier dieses Material mit dem Namen "Eis" fast nur in verflüssigter Form, ansonsten wäre es natürlich fest wie Stein! Aber selbst so manch kluger Chemiker, der sich fachübergreifend auch ein bisschen mit Kristallographie beschäftigt, sieht Wasser lieber als Lösung, denn als Schmelze - trotz, oder gerade wegen seiner Fachkompetenz. Der Experte wird uns möglicherweise sehr viel (Richtiges) über Kristalle aus Salz-Lösungen erzählen können aber dabei den Wald vor lauter Bäumen nicht sehen. Es gehr mir hier nämlich nicht um die Auskristallisation von Salzen, die in einer Schmelze gelöst sind, sondern um die Kristallisation der Schmelze selbst (in sich der meinetwegen auch irgendwelche Salze tummeln können) - und das sind zwei unterschiedliche Paar Schuhe!

Inzwischen dürfte klar sein, worauf ich hinaus möchte: Wenn man dafür sorgt, dass Wasser nicht "einfach so" gefriert - also spontan gleich sämtliche Inhaltsstoffe und Fremdkörper mit erstarren lässt - dann werden sich die Wasser-Kristalle selbst genauso sauber halten, wie ich es im Kapitel "saubere Ordnung" für alle anderen Kristalle schon beschrieben habe - Eiskristalle bilden da überhaupt keine Ausnahme.

Es mag viele Methoden zur sauberen Eis-Gewinnung aus Schmutzwasser geben, aber die natürlichste - und damit effektivste - kann unter irdischen Bedingungen nur über die kontrollierte Eis-Aufzucht führen !

Eis-Molekül Einzelne Schneeflocke Eisscholle vor Groenland
Gittermodell des Eis-Moleküls Schneeflocke: die vom Molekül geerbte Struktur ist nicht zu übersehen! Klares, sauberes Süßwasser-Eis: entstanden aus salzigem Meerwasser

 


Das Streben nach Vollkommenheit

Ich werde in diesem Artikel nicht ins philosophische oder gar esoterische abgleiten.

Trotzdem ist es lohnenswert, einen ganz kurzen Seitenblick auf die erstaunlichen Prallelen zu werfen, die zwischen der Kristall-Welt und der von uns Menschen wahrgenommenen Welt existieren.

Über den "Willen" von Materie

Weiter oben habe ich bereits erwähnt, dass Kristalle von Natur aus bestrebt sind, sich sauber zu halten. Dieses Sauberkeits-Bestreben von Kristallen ist der Schlüssel zur Trinkwasser-Maschine.

Erstaunlich ist der eigene "Wille" sich selbst zu formen, der allen Kristallen offensichtlich innewohnt - und eben das ständige Streben nach Vollkommenheit, den "perfekten Kristall" herauszubilden. Obwohl es den Kristallen in der freien Natur nur selten gelingt, geben sie nicht auf, immer wieder auf's Neue den Bauplan erfüllen zu wollen. Pflanzen, Tiere und auch wir Menschen versuchen das seit Urzeiten ebenfalls: Kein Geschöpf schafft es dabei, die vollkommene Form zu erlangen - gibt aber auch die Hoffnung nie auf, es vielleicht irgendwann doch einmal zu schaffen (wir Menschen verhalten uns nicht immer so konsequent - wahrscheinlich stört manchmal unser reges Vorderbewusstsein dieses Ur-Gesetz). Haben vielleicht alle Geschöpfe dieser Erde ihren Existenz-Willen von Kristallen geerbt?

Typische Form eines Kapsids der Adenoviren-Familie

Es lassen sich noch viele, weitere Analogien zwischen Kristallen und der übrigen Welt finden. Evolutionsforscher gehen inzwischen davon aus, dass die ersten Lebensformen - also die ersten Zell-Apparate auf unserer Erde - aus Kristallen entstanden sind.

Nebenbei: Vieren - die gefährlichsten Feinde organischen Lebens - sind ebenfalls Kristalle, gebildet aus einer organischen Säure (Abb. links: Schnupfen-Virus aus der Familie der Adenoviren) - da fehlen einem die Worte!

Über die Weisheit unserer Vorväter

Schon die Kelten der Antike verwendeten sogenannten "Runen" als Schriftzeichen, die z.T. als Geheimschrift noch bis heute genutzt werden. Die geistigen Eliten aller Zeitperioden sind immer auch exzellente Naturbeobachter und man kann davon ausgehen, das hinter jedem überlieferten Zeichen mehr steckt, als man auf den ersten Blick annehmen mag. Das Zeichen, welches "Universum" und "Allmacht" bedeutet, lautet in der Runen-Sprache "hagall" und sieht wie eine perfekte Schneeflocke aus - nur ein Zufall ? (In der Heraldik wird die Hagall-Rune als "Lilie" getarnt und findet sich auf vielen Wappen und Fahnen.)

Hagall-Rune Wappen-Lilie

Bei diesen - am Ende vielleicht doch etwas zu mystischen - Betrachtungen möchte ich es belassen. Nur noch so viel: Es lohnt sich für jeden - auch für Laien - sich etwas mehr mit Kristallen zu beschäftigen. Kristalle zeigen sehr anschaulich das Wunder unseres Universums, ohne dass wir uns dabei - etwa mit einem Raumschiff - von der Erde wegbewegen müssen: Kristalle sind ein Universum (von vielen) !

Über das Wasser des Lebens:

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasser weichen teilweise so extrem vom regulären Verhalten anderer Stoffe ab, dass man den Eindruck gewinnt, es sei extra "so gemacht" worden, damit ein Leben auf der Erde möglich wird (wer hat's erfund'n?).

Bei der Eis-Erzeugung müssen deshalb vor allem die Dichte-Anomalie, die geringe Wärmeleitfähigkeit und die hohe Schmelzenthalpie des Wassers berücksichtigt werden (Details, siehe: "Die Eis-Zuchtmaschine").

Zum Glück entspricht wenigstens das Kristallisations-Verhalten von Wasser dem anderer Schmelzen, sodass von dieser Seite keine Überraschungen zu befürchten sind.

Zurück zur "Eismaschine":

Das wichtigste, um die "Eis-Maschine" zu bauen, wissen Sie nun - der Rest sind einige Rechenaufgaben ... und vor allem eine gute Beobachtungsgabe, um zu sehen, welche Umgebungsverhältnisse für gutes Kristallwachstum am günstigsten sind. Am Ende lassen sich aus den Beobachtungen sicher Formeln und Vereinfachungen ableiten, die dann eine fehlerfreie Reproduktion und rationelle Fertigung der Maschine bzw. des Endprodukts "Trinkwasser" ermöglichen.

Eins muss dabei stets klar sein: Kristalle muss man nicht zwingen - sie arbeiten in unserem Sinne und "wollen" das selbe, was wir auch möchten: einfach nur sauber und in Ruhe wachsen!

 


Die Eis-Zuchtmaschine

Ich selbst bin in Sachen Kristallographie ein Laie und daher ist auch dieser Artikel sehr allgemein und laienhaft geschrieben - trotzdem hoffe ich, mit meinen Erinnerungen aus den Laboratorien meines Vaters, die ich mir aus meinen Kindertagen bis heute erhalten habe, die Phantasie von Tüftlern, Technikern und Wissenschaftlern anregen zu können: Kristallzucht ist nämlich zu einem Großteil auch Gefühlssache.

Lesen Sie also bitte vorher in jedem Fall meine weiter oben stehenden Erläuterungen, um das Gespür für die phantastische Welt der Kristalle zu schärfen - Danke!

Die nachfolgend beschriebene Maschine war bereits vor über 30 Jahren von meinem Vater, Dr.phil. Ernst Günther Minhorst, erfunden und unter folgendem Titel patentiert worden:

"Stofftrennung durch Kristallisation
aus fremdstoffhaltigen Schmelzen und Lösungen"

Bis heute haben sich keine Interessenten für dieses Projekt gefunden, weil vermutlich vielen Gutachtern die intuitive Einsicht in die Welt der Kristalle gefehlt hat. Insbesondere der alles entscheidende Unterschied "Schmelze" gegenüber "Lösung" wird selbst heute noch von vielen Fachleuten nicht ausreichend beachtet.

Außerdem erscheint es unglaubhaft, dass wirklich alle Fremdstoffe aus dem Wasser vom Eis verdrängt werden, wo doch die meisten von uns schon einmal mit Erdbeeren "verunreinigtes" Speiseeis konsumiert haben: da ist doch von "Stofftrennung" nun wirklich nichts zu merken - im Gegenteil!

Wenn man sich aber vergegenwärtigt, dass sich die Kristallisation auf molekularer Ebene abspielt wird klar, dass selbstverständlich - ideale Umgebungsverhältnisse vorausgesetzt - die perfekte Stofftrennung stattfinden kann: Gegenüber einem Eismolekül ist selbst das kleinste Bakterium ein Riesenbrocken, der vom Eis geschickt unterwandert und problemlos verdrängt werden kann! Das gleiche gilt auch für alle anderen chemischen Fremdstoffe (z.B. Salz oder Erdbeergeschmack): Was nicht in das molekulare Raster passt, wird weggeschoben.

Eins steht fest: Eine derartig funktionierende Apparatur wird gerade in heutiger Zeit, in der das Wasser auf der Welt immer knapper wird, dringendst gebraucht! Die Energie-Bilanz ist unschlagbar: um 20°C warmes Wasser auf 0°C abzukühlen bedarf es weitaus weniger Energie als es auf 100°C zu erhitzen (um es dann zu destillieren) - das dürfte sogar jedem Laien auffallen!

Auch die Osmose-Methode (das Hindurchpressen von Wasser durch dünne Filter-Membranen) ist wegen der notwendigen, starken Kompressoren sehr Energie-aufwendig. Erschwerend kommt das ständig notwendige Reinigen und häufige Auswechseln der Filter hinzu, die das ohnehin schon komplizierte Verfahren mit weiteren Technologie-Kosten (und weiterem Energieaufwand) belastet.

Das Funktions-Prinzip:

Damit die Maschine funktioniert, müssen die gleichen, äußeren Bedingungen, wie ich sie am Anfang in dem Kapitel "Das Eis-Wunder in der Pfütze" beschrieben habe, hergestellt werden:

  1. Das Wasserbecken darf nur von oben gekühlt werden
  2. Der Becken-Inhalt muss eine konstante Temperatur von ca. +4°C halten
  3. Es darf nur die Wasser-Oberfläche langsam vereisen, ohne den übrige Beckeninhalt zu gefrieren
  4. Die Eisschicht muss vorsichtig abgetragen werden, ohne dabei den Becken-Inhalt zu vermischen
  5. Nach Entnahme müssen die an der Eisschicht anhaftenden Rückstände vorsichtig abgespült werden.

Kernstück der Maschine ist eine waagrecht angeordnete, sich langsam drehende Metall-Trommel, die ca. zu 1/3 von oben in das mit Schmutzwasser gefüllte Becken eingetaucht bleibt. Die Trommel wird auf Minus-Temperatur abgekühlt, sodass auf der Trommel-Oberfläche (im eingetauchten Bereich) eine Eis-Schicht auskristallisieren kann.

Wir blicken parallel zur Dreh-Achse der Trommel: Durch die Drehung der Trommel (z.B. im Uhrzeigersinn) wird die Eisschicht (auf der linken Seite) aus dem Becken gehoben und muss dann auf ca. 1/3 des Umfangs mit Warmluft oberflächlich angetaut werden um die außen anhaftenden Schmutzreste abzuspülen.

Auf dem letzen Dreh-Drittel der Trommel (auf der rechten Seite) wird dann das verbliebene, saubere Eis durch einen Schaber abgehoben, ehe die - dann wieder eisfreie Trommelfläche in das Becken eintaucht und sich erneut mit Eis überzieht.

(Schema-Zeichnung: siehe nächste Seite)

 


Schema der "Eis-Zuchtmaschine":

Schema-Zeichnung der Eis-Zuchtmaschine nach Dr.E.G.Minhorst

Sobald der Laboraufbau der Maschine zufriedenstellend funktioniert, sind noch einige Energiesparmaßnahmen möglich: z.B: kann a) die Abwärme des Kühlkompressors zum Antauen der Eisflächen dienen, b) die beim Zufluss des Salzwassers entzogene Wärme dem abfließenden Schmutzwasser wieder zugefügt werden u.v.m.

Durch eine kompakte und geschlossene Bauart, geschickte Temperatur-Verteilung durch Leitbleche etc. wird sich die Apparatur am Ende als echter Energiesparer erweisen. Um eine größere Vereisungsfläche zu erhalten, sollte anstatt den Trommeldurchmesser unverhältnismäßig zu vergrößern eher das Design der gesamten Apparatur in Achsrichtung langgezogen werden.

Vorhersehbare Probleme:

- Temperatur-Regelung
Dazu muss keine komplizierte Temperatur-Überwachung (etwa Computer-gesteuert) bemüht werden: fein justierte Thermostaten und eine geschickte Wärme-Lenkung können dies auch.
Wie auch immer: die Temperatur-Differenz zwischen Trommel-Oberfläche und Salzwasser darf nicht zu weit auseinander liegen, um ein unkontrolliertes Spontanwachstum von Eiskristallen zu verhindern. Das Salzwasser selbst muss die bekannte Wasser- Anomalie berücksichtigen, wonach die größte Dichte bei +4°C liegt. Wegen der dann aussetzenden Konvektion bleibt die Temperaturverteilung im Salzwasser-Becken gut kontrollierbar.
- Konstante Salzkonzentration
Wasser besitzt zwar eine hohe Schmelzenthalpie, sodass Salzwasser eine nur geringe Gefrierpunktserniedrigung im Vergleich zu reinem Wasser zeigt, trotzdem darf die Salzkonzentration im Salzwasserbecken nicht zu großen Schwankungen unterliegen, um ein gleichmäßiges Kristallwachstum zu gewährleisten.
Das Salzwasser muss ständig aus dem Becken herausgespült werden, um z.B. Ablagerungen am Beckenboden zu verhindern. Dabei darf keine zu starke Strömung an der Trommel entstehen, die das Kristallwachstum stören könnte.
- Mechanische Beanspruchung beim Dauerbetrieb
Der Schaber, der am Ende des Vorgangs die Eisschicht von der Trommel abkantet, darf die Trommel nicht beschädigen. Im Dauerbetrieb können sich leicht Kratzer und Riefen in die Trommeloberfläche einarbeiten, die wiederum Kristallisationsfehler hervorrufen und dadurch Fremdstoffe in das Endprodukt einschleusen könnten.
Statt des Schabers könnte die Trommel auch partiell von innen beheizt werden. Dann kann das auf der Unterseite antauende Eis z.B. mit einer weichen Gummi-Lippe sehr materialschonend von der Trommel abgehoben werden.
Das an den Randzonen der Trommel anhaftende Eis wird unkontrollierbar um die Kanten wachsen und darf nicht mit in das Endprodukt geraten. Hier müssen von vornherein entsprechende Vorrichtungen eingeplant werden.
- Material
Für die Trommel muss ein Material gefunden werden, zu welchem Eis eine große Affinität hat um a) auf der Oberfläche Kristallisationskeime zu bilden und b) genug Haftung aufzubringen, um während des Wachstums durch das Eigengewicht nicht vorzeitig abzufallen. Alle Geräteteile müssen außerdem nahrungsmitteltauglich sein!
Es liegt nahe, die Trommel-Oberfläche einfach etwas aufzurauen, um die notwendige Haftfläche für die Kristalle bereitzustellen. Es ist jedoch möglich, dass sich in der rauen Oberfläche Schmutz- und Salzpartikel festsetzen, mit dem Eis eingeschlossen werden und dadurch später in das fertige Trinkwasser geraten - das darf nicht passieren!

 


Publikation von Ernst J. Minhorst, Dresden, © 2007 alle Rechte vorbehalten - http://www.ejomi.de/ -