„Wasser-Batterie“: Mittels Wasserbrücke zu geladenem H2O

Die abgebildete Wasserbrücke bildete sich unter dem Einfluss eines elektrischen Hochspannungsfeldes. Sie spannt sich über etwa einen Zentimeter Länge zwischen den beiden Wasserbechern aus Teflon. © Woisetschläger/Fuchs - TU Graz

Forschern der TU Graz ist es gemeinsam mit dem niederländischen Forschungszentrum Wetsus gelungen, elektrisch geladenes Wasser mittels schwebender Wasserbrücke zu erzeugen.

Bis zu ihrer wissenschaftlichen Wiederentdeckung 2007 an der TU Graz war das im 19. Jahrhundert entdeckte Phänomen „Wasserbrücke“ in Vergessenheit geraten. Wird hochreines, also mehrfach destilliertes Wasser in zwei Behältern unter Hochspannung gesetzt, wandert die Flüssigkeit den Becher entlang nach oben und bildet eine schwebende Wasserbrücke zwischen den Gefäßen. Das Wasser fließt in dieser Brücke in beide Richtungen und ist in einem völlig neuen Zustand mit besonderen Dichte- und Struktureigenschaften. Eine Forschungsgruppe der TU Graz und des niederländischen Forschungszentrums Wetsus hat nun gezeigt, dass diese schwebende Wasserbrücke elektrisch geladenes Wasser erzeugt und diese Ladung zumindest für kurze Zeit speichert.

Die Ladung des Wassers ist dank Wasserbrücke nicht elektronisch, sondern protonisch. Das neuartige Wasser ist positiv oder negativ geladen, je nachdem ob es mehr oder weniger Protonen enthält. © Woisetschläger/Fuchs - TU Graz

Die Ladung des Wassers ist dabei nicht elektronisch, sondern protonisch. Das neuartige Wasser ist entweder positiv oder negativ geladen, je nachdem ob es mehr oder weniger Protonen enthält. Die Studie zeigt, dass im Anodenwasser – also in jenem Wasser mit anliegender positiver Spannung – im Rahmen der stattfindenden Elektrolyse Protonen gebildet werden. Diese Wasserstoffkerne fließen durch die Wasserbrücke in das Kathodenwasser des anderen, unter negativer Spannung stehenden Bechers und werden dort von Hydroxylionen neutralisiert. Da sich die Protonen mit endlicher Geschwindigkeit bewegen, herrscht in einem Wasserbehälter immer ein Protonenüberschuss, und im anderen einen Protonenmangel.

Wenn nun die Wasserbrücke plötzlich ausgeschalten wird, bleiben diese Protonen-Ladungen erhalten, wie sich mit Hilfe von Impedanzspektroskopie messen lässt. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass die Ladung der Flüssigkeiten über eine Woche stabil bleibt.

Die Erkenntnis, dass derartige Wasserbrücken als elektrochemische oder biochemische Reaktoren genutzt werden können, eröffnet eine Vielzahl möglicher industrieller Anwendungen. Substanzen können in der Wasserbrücke mit anderen Materialien für chemische Reaktionen in Kontakt gebracht werden, Wasser könnte als Speichermedium für elektrische Ladung zur „Wasser-Batterie“ werden, Säuren und Laugen könnten ohne Gegen-Ionen, also ohne saures oder alkalisches Wasser hergestellt werden. Das ebnet den Weg zu besonders umweltfreundlichen Reinigungsmitteln, reduziertem Abfall aus chemischen Prozessen und eröffnet neue Möglichkeiten für medizinische Anwendungen.

Quelle
Technische Universität Graz