DARPA startet Programm für Super

Seit den 1960er Jahren haben Forscher versucht, eine neuartige Form des Schiffsantriebs zu realisieren, der ohne bewegliche Teile auskommt und mithilfe von Magneten und Elektrizität für den Antrieb durch das Wasser sorgt.

Im Laufe der Jahrzehnte konnten Entwickler einige Erfolge bei der Demonstration der magnetohydrodynamischen (MHD) Antriebstechnologie im kleinen Maßstab erzielen. Aufgrund einiger großer technischer Hürden wie der Unfähigkeit, ausreichend starke Magnetfelder zu erzeugen, und dem Mangel an Elektrodenmaterialien, die Korrosion, Hydrolyse und Erosion widerstehen können, war es jedoch ineffizient und für Systeme im großen Maßstab unpraktisch. In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Magneten große Fortschritte gemacht, das Problem mit den Elektrodenmaterialien bleibt jedoch bestehen.

Um dieses Problem zu lösen, hat die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) das 42-monatige Programm „Prinzipien von Unterwasser-Magnetohydrodynamikpumpen“ (PUMP) angekündigt, das darauf abzielt, neuartige Elektrodenmaterialien zu entwickeln, die für einen militärisch bedeutsamen MHD-Antrieb geeignet sind. Das Programm wird multiphysikalische Modellierungs- und Simulationswerkzeuge, einschließlich Hydrodynamik, Elektrochemie und Magnetik, zur Skalierung von MHD-Designs zusammenstellen und validieren.

„Der bisher beste Wirkungsgrad eines magnetohydrodynamischen Antriebs wurde 1992 auf der Yamato-1 erzielt, einem 30-Meter-Schiff, das 6,6 Knoten mit einem Wirkungsgrad von etwa 30 % bei einer Magnetfeldstärke von etwa 4 Tesla erreichte“, sagte Susan Swithenbank, PUMP-Programm Manager im Büro für Verteidigungswissenschaften der DARPA. „In den letzten Jahren hat die kommerzielle Fusionsindustrie Fortschritte bei Seltenerd-Barium-Kupferoxid-Magneten (REBCO) gemacht, die großflächige Magnetfelder von bis zu 20 Tesla gezeigt haben, die möglicherweise einen Wirkungsgrad von 90 % in einem magnetohydrodynamischen Antrieb ergeben könnten , was es wert ist, weiterverfolgt zu werden. Nachdem nun die gläserne Decke bei der Erzeugung hoher Magnetfelder durchbrochen wurde, strebt PUMP einen Durchbruch zur Lösung der Herausforderung der Elektrodenmaterialien an.“

Bei der Wechselwirkung von elektrischem Strom, Magnetfeld und Salzwasser ist die Bildung von Gasblasen über den Elektrodenoberflächen das größte Hindernis. Die Blasen verringern die Effizienz und können zum Kollabieren und Erodieren der Elektrodenoberflächen führen. Darüber hinaus ermöglicht das Programm die Modellierung von Wechselwirkungen zwischen dem Magnetfeld, den hydrodynamischen und den elektrochemischen Reaktionen, die alle auf unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen ablaufen.

„Wir hoffen, Erkenntnisse über neuartige Materialbeschichtungen aus der Brennstoffzellen- und Batterieindustrie zu nutzen, da diese das gleiche Problem der Blasenbildung haben“, sagte Swithenbank. „Wir sind auf der Suche nach Experten aus allen Bereichen der Hydrodynamik, Elektrochemie und Magnetik, um Teams zu bilden, die uns dabei helfen, endlich einen magnetohydrodynamischen Antrieb im militärisch relevanten Maßstab zu realisieren.“