Schweizer Forscher simulierten Feinstaubentstehung durch Abrieb

15. Juli 2017, 11:47
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Experten entwickeln gemeinsam mit US-Kollegen Computerprogramm

Lausanne – Forschende der ETH Lausanne haben mit Computersimulationen das Volumen, die Form und die Größe von Kleinstpartikeln berechnet, die durch Abrieb entstehen. Das spielt insbesondere für die Einschätzung des Gesundheitsrisikos eine wichtige Rolle.

Die Reibung von Bremsklötzen gegen Bremsscheiben oder die eines Autoreifens auf dem Straßenbelag erzeugt Millionen feinster Partikel, die die Umwelt verschmutzen und Gesundheitsschäden hervorrufen können. Vor allem für die Atemwege sind solche Feinstaubpartikel problematisch. Aber auch aus industrieller Sicht ist Verschleiß durch Reibung ein Problem, bedeutet er doch zusätzliche Kosten und Energieaufwand.

Vergangenes Jahr hatten Forschende der ETH Lausanne (EPFL) gemeinsam mit US-Kollegen von der Cornell University eine Computersimulation entwickelt, um nachzuvollziehen, wie sich diese Partikel bilden. Darauf aufbauend haben sie nun berechnet, welches Volumen, welche Größe und welche Form die Partikel haben. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie am Montag im Fachblatt "PNAS".

Je kleiner umso ungesünder

Dies sei von Bedeutung, um das Gesundheitsrisiko dieser Kleinstteilchen zu bestimmen, da die kleinsten Partikel das größte Risiko darstellten, schrieb die EPFL in einer Mitteilung.

Die Simulation bildet die physikalischen Prozesse des Abriebs auf atomarer Ebene nach. "Unsere Studie zeigt, dass das Volumen der entstehenden Partikel von der Kontaktfläche zwischen den rauen Oberflächen abhängt", erklärte Studienautor Ramin Aghababaei laut der Mitteilung.

Die Studie verfeinere die sogenannte Archard-Gleichung, so Aghababaei. Dabei handelt es sich um ein mathematisches Modell, mit dem in der Reibungslehre Verschleiß beschrieben wird und das 1953 vom britischen Wissenschafter Jack F. Archard aufgestellt wurde.

Übersehene Reibungslehre

Bisher seien die Ursachen für die Bildung solcher Partikel unklar und die Berechnung ihrer Größe ungenau gewesen, weil man sie nur auf empirische Beobachtungen habe stützen können, erklärte EPFL-Forscher Jean-François Molinari. "Während der letzten fast fünfzig Jahre wurde die Reibungslehre unter den Forschungsgebieten größtenteils übersehen und erfuhr sogar einen gewissen Niedergang."

Laut Molinari wendet sich aber langsam das Blatt dank neuer Experimente im Nanometer-Bereich und der Entwicklung von Computersimulationen, die für das menschliche Auge und sogar für Spezialkameras unsichtbare Prozesse abbilden.

Verschleiß durch Abrieb ist in vielen Bereichen ein großes Thema, zum Beispiel in der Medizin: Ziel wäre beispielsweise, den Verschleiß von Gelenkprothesen zu vermindern. Aber auch in der Automobil- und Luftfahrtbranche sowie in der Metallindustrie wird laufend nach passenden Beschichtungen gesucht, um Reibung zu reduzieren und dadurch Material- und Energieverluste zu vermeiden. (APA, 15.7.2017)

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