Kohlenstoff-Nanoröhrchen: Wundermaterial zu schwach für den Weltraumlift

Kohlenstoff-Nanoröhrchen: Wundermaterial zu schwach für den Weltraumlift

, aktualisiert 14. Juni 2016, 13:50 Uhr
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Wissenschaftler der Nasa haben sich mit der Idee des Weltraumlifts beschäftigt. Die Illustration zeigt eines der möglichen Konzepte. (Foto: Nasa)

von Thomas TröschQuelle:Handelsblatt Online

Mit dem Lift ins All reisen, das ist eine der Visionen für die Raumfahrt von übermorgen. Das passende Material für den Weltraumaufzug schien sogar schon gefunden, doch jetzt melden Forscher Zweifel an.

BerlinEin Aufzug vom Erdboden bis in den erdnahen Weltraum – diese Idee fasziniert nicht nur Science-Fiction-Autoren. Mit dem Konzept beschäftigten sich bereits Forscher der US-Raumfahrtbehörde Nasa ebenso wie ihre Kollegen beim europäischen Pendant Esa. Ein solcher „Space Elevator“ könnte Personen und Material für einen Bruchteil der heutigen Transportkosten in den nahen Weltraum befördern – Grund genug für die Großen im Weltraumgeschäft, einmal genauer hinzuschauen.

Die technischen Herausforderungen für einen solchen Lift, der hunderte oder gar tausende Kilometer über den Erdboden aufsteigen müsste, sind mit den heutigen technischen Möglichkeiten allerdings nicht zu bewältigen. Immerhin schien es bislang so, als wäre zumindest das passende Material für die Kabel schon gefunden, an denen die Liftgondeln ins All schweben sollen: Kohlenstoff-Nanoröhrchen – mikroskopisch kleine Röhren aus Kohlenstoff, die aufgrund ihrer besonderen Struktur eine extreme Zugfestigkeit versprechen.

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Doch das vermeintliche Wundermaterial hat seine Tücken, wie Forscher der Universität Hongkong jetzt berichten. Die Wissenschaftler um Teamleiter Feng Ding wollten herausfinden, warum eine Struktur aus mehreren zusammengesponnene Nanoröhrchen nur eine Zugfestigkeit von maximal einem Gigapascal erreicht, während ein einzelnes, perfekt gebautes Röhrchen bemerkenswerte 100 Gigapascal erreicht – das Doppelte des Werts, den Forscher für ein Kabel des Weltraumlifts für nötig erachten.

Die Lösung des Rätsels liegt in der besonderen Struktur der Röhrchen: Sie bestehen aus einer nur ein Atom dicken Lage Kohlenstoff, wobei die Kohlenstoff-Atome wie Bienenwaben angeordnet sind.

Wie die Forscher nun herausfanden, reicht es schon aus, dass nur ein einziges Atom nicht an der richtigen Stelle sitzt, um die Festigkeit des ganzen Gebildes zu erschüttern: Mit einem fehlerhaften Atom sank der Wert für die Zugfestigkeit des Nanoröhrchens in den Simulationen der Wissenschaftler auf 40 Gigapascal, jeder weitere Defekt reduzierte die Belastbarkeit weiter.


Zwei gravierende Probleme

Der Effekt ist selbstverstärkend: Bricht die Verbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen auf, reißen die benachbarten Bindungen ebenfalls. Wie bei einem Reißverschluss bricht schließlich die ganze Struktur des Nanoröhrchens, die Festigkeit des Gebildes geht weitgehend verloren.

Für die Entwickler von Weltraumliften ergeben sich daraus zwei gravierende Probleme. Zum einen benötigen sie absolut perfekt gebaute Nanoröhrchen in derart hoher Stückzahl, wie sie heutige Fertigungsprozesse nicht einmal annähernd liefern können.

Zum anderen dürfen diese perfekten Röhrchen nicht den geringsten Schaden nehmen, wenn sie zu einem größeren Kabel versponnen werden – auch das eine Herausforderung, die mit heutiger Technik kaum zu bewältigen ist. Das Wundermaterial für den Weltraumlift, es muss wohl doch erst noch gefunden werden.

Quelle:  Handelsblatt Online
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