DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Wusstet ihr, dass die Spitze einer einfachen Kerzenflamme bis zu 1.400 Grad Celsius heiß wird? Bei solch hohen Temperaturen würde sogar Gold flüssig werden. In der Brennkammer einer Gasturbine entstehen aber noch viel höhere Temperaturen: nämlich bis zu 2.200 Grad! Da bei dieser extremen Hitze die Turbinenschaufeln aus Stahl schmelzen würden, muss das heiße Gas auf 1.200 Grad „abgekühlt“ werden. Erst danach kann es die Turbine antreiben und Strom erzeugen.

Kerzenlicht ist nicht nur schön, sondern auch sehr heiß. An der Spitze der Flamme sind es bis zu 1.400 Grad Celsius! Bild: K.-A.

Erst aufheizen und dann doch wieder abkühlen. Was für ein Hin und Her! Das wäre fast so, als ob man im Winter die Heizung voll aufdreht, um die Wohnung zu heizen, und gleichzeitig alle Fenster aufmacht, so dass ein Teil der Wärme gleich wieder verloren geht. Die Wirkung der Heizung wäre dann viel geringer als mit geschlossenen Fenstern.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beim DLR forschen an neuen Materialien, die extrem hohe Temperaturen aushalten und in Kraftwerken eingesetzt werden können. Bild: DLR

So ähnlich verhält es sich auch mit dem sogenannten „Wirkungsgrad“ der Gasturbinen. Hätte man ein Material, das noch höhere Temperaturen aushalten könnte, müsste man die Turbine weniger abkühlen und es könnte ein größerer Teil der Hitze genutzt werden. Oder anders formuliert: Weniger Energie ginge im Prozess verloren.

Daher sind die Forscherinnen und Forscher also auf der Suche nach neuen Materialien, die noch höhere Temperaturen vertragen. Natürlich ist nicht alles, was sich stark erhitzen lässt, für den Bau von Gasturbinen geeignet. Hier wollen wir euch einen allgemeinen Überblick geben, welche Stoffe welche Temperaturen aushalten. Die Werte zeigen die Temperatur an, bei der das Material zu schmelzen beginnt.

Blei

Schmelzpunkt: 327 Grad Celsius. Dieses recht schwere Metall wird hauptsächlich in Autobatterien eingesetzt. Aber auch die „Schürze“, die man manchmal bei Röntgen-Aufnahmen tragen muss, ist aus Blei. Denn dieses Material hält die Röntgenstrahlen auf. Für Turbinen und andere Anwendungen in der Luftfahrt eignet es sich nicht – allein schon wegen des hohen Gewichts. Und viel Hitze verträgt es auch nicht, das kennt ihr vom Bleigießen an Silvester, wo Blei bekanntlich schnell flüssig wird …

Aluminium

Schmelzpunkt: 660 Grad Celsius. Als Alufolie wird das Material wahrscheinlich jeder kennen, aber auch in der Luft- und Raumfahrt findet es Verwendung. Denn Aluminium ist sehr leicht. Allerdings kann man es nur da einsetzen, wo keine extrem hohen Temperaturen entstehen.

Gold

Schmelzpunkt: 1.064 Grad Celsius. Es ist nicht alles Schmuck, was golden glänzt. Denn auch in vielen High-Tech-Geräten nutzt man dieses Edelmetall als leitendes Material. Aber natürlich nur, wo es unbedingt sein muss – denn Gold ist bekanntlich sehr teuer. Goldene Turbinen wären also ziemlicher Unsinn.

Glasfasern

Schmelzpunkt: 1.300 Grad Celsius. Diese elastischen Fasern sind vielseitig einsetzbar: zur Wärme- und Schalldämmung sowie zur Datenübertragung. Und auch für glasfaserverstärkte Kunststoffe, die als leichte und stabile Materialien in Fahrzeugen und Flugzeugen verwendet werden – zum Beispiel im Rumpf als Verstärkung für die leichte Aluminium-Hülle.

Nickel

Schmelzpunkt: 1.455 Grad Celsius. Nickel veredelt Stahl. Außerdem findet man dieses Schwermetall in Modeschmuck, Bestecken, Konservendosen und vielem mehr …

Stahl

Schmelzpunkt: 1.536 Grad Celsius. Stahl wird sehr häufig verwendet: vom Schiffbau über Hochhäuser bis zur Uhrenproduktion. Auch die meisten Autos bestehen zu großen Teilen aus Stahl.

Platin

Schmelzpunkt: 1.773 Grad Celsius. Platin ist ein kostbares Edelmetall, das nicht rostet. Deshalb besteht das Operationsbesteck der Chirurgen aus diesem Material. Und auch viele Piercings sind aus Platin.

Keramikfasern

Schmelzpunkt: 2.000 Grad Celsius. Keramikfasern sind im Vergleich zu metallischen Werkstoffen wesentlich hitzebeständiger, extrem leicht und auch bei hohen Temperaturen stabil. Daher dienen solche Materialien in der Raumfahrt als Hitzeschutz. Denn da müssen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre extreme Temperaturen sicher verkraftet werden. Und auch an Turbinenschaufeln aus Keramik wird daher geforscht.

Wolfram

Schmelzpunkt: 3.422 Grad Celsius. Dieses Metall kennst du bestimmt. Und wenn nicht, dann spätestens jetzt: Denn der Faden in einer Glühbirne besteht zum Beispiel aus Wolfram. Damit er nicht einfach verbrennt, wenn man die Lampe anknipst, wird er aus diesem besonders hitzebeständigen Material hergestellt.

Diamant

Schmelzpunkt: 3.547 Grad Celsius. Als hochwertiger Edelstein schmückt er Ringe und Ketten. Aber als härtestes Mineral wird er auch für Schleif- und Schneid-Werkzeuge eingesetzt. Dennoch kann auch Diamant durch Hitze zerstört werden.

Kohlestofffasern

Schmelzpunkt: 3.560 Grad Celsius. Kohlestofffasern sind leicht und äußerst stabil. Deswegen spielen sie in der Luft- und Raumfahrt eine wichtige Rolle. Zum Beispiel wird beim Airbus A380 das Seitenleitwerk aus diesen Fasern gefertigt – auch wenn es da nicht um hohe Temperaturen geht, sondern eben um möglichst wenig Gewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität.