Sich am Kamin zu wärmen, Würstchen und Stockbrot über dem Feuer zu grillen oder sogar Eisen und Glas zu schmelzen – all das gelingt dank der Hitze des Feuers. Doch was, wenn Feuer nicht unbedingt heiß sein müsste? Ist das tatsächlich möglich?

Das Geheimnis der kalten Flamme

Im frühen 19. Jahrhundert entdeckte der britische Chemiker Sir Humphry Davy in seinem Labor etwas Außergewöhnliches. Während seiner Experimente mit Gasgemischen hielt er einen Draht aus Platin in ein Gemisch aus Luft und Diethyletherdampf. Über dem Draht leuchtete ein blasses, phosphoreszierendes Licht, das zunächst einer Flamme ähnelte.

Als Davy jedoch ein Streichholz in die vermeintlich heiße Flamme hielt, entzündete es sich nicht, und auch seine Finger blieben unversehrt. Dieses Licht war offenbar viel kühler als herkömmliche Flammen. Faszinierenderweise konnte sich die kalte Flamme spontan in eine heiße Flamme verwandeln, wenn Temperatur, Druck und Gaszusammensetzung in einem bestimmten optimalen Bereich lagen.

Die chemischen Grundlagen

Kalte Flammen entstehen durch eine Reaktion von Kohlenwasserstoffen mit Luft selbst bei Temperaturen von nur etwa 120 Grad Celsius. Diese kühlen Flammen erzeugen nur minimale Wärme und erwärmen ihre Umgebung lediglich um zehn Grad. Daher konnte Davy seine Finger gefahrlos in ihre Nähe bringen.

Bei diesen relativ niedrigen Temperaturen besitzen die Brennstoff- und Sauerstoffmoleküle nicht genug Energie, um vollständig zu verbrennen. Stattdessen zerfallen sie und bilden stabile chemische Verbindungen wie Alkohole und Peroxide.

Zukunftsmusik für verbesserte Motoren

Aber ist kaltes Feuer für uns relevant? Ja, denn diese kühlen Flammen fördern das unangenehme Klopfen in Ottomotoren. Wenn im Motor ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet wird, entstehen Temperaturen, die die Gase selbst entzünden können – ganz ohne Zündkerze. So entstehen kalte Flammen, die Druckunterschiede erzeugen und Klopfgeräusche verursachen.

Wissenschaftler dachten lange, dass kalte Flammen nur in vorgemischten Gasen existieren können. Doch 2012 bewiesen Forscher der NASA auf der Internationalen Raumstation (ISS), dass solche Flammen auch entstehen, wenn Brennstoff und Luft getrennt sind und untereinander diffundieren.

Ein Team um Peter Sunderland von der University of Maryland geht noch einen Schritt weiter. Ihnen gelang es, auf der ISS kalte Flammen mit gasförmigen Brennstoffen statt flüssigen zu erzeugen, was die Forschung erheblich erleichtert.

Der Weg zu effizienteren Antrieben

Diese Erkenntnisse haben das Potenzial, die Effizienz von Motoren erheblich zu steigern und die Emissionen zu reduzieren. Der Wirkungsgrad herkömmlicher Automobile liegt derzeit nur bei etwa 35 Prozent. Ein Großteil der Energie geht als Abwärme verloren, was bedeutet, dass Autos zusätzliche Kühlsysteme benötigen.

Sunderland erklärt: „Wenn wir einmal die Chemie hinter kalten Flammen verstehen, könnten wir den Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren theoretisch auf 60 Prozent steigern.“ Viele Automobilhersteller sind bereits daran interessiert, die faszinierenden Eigenschaften dieser kalten Flammen zu nutzen, um zukünftige Motoren effektiver zu gestalten.

In der Zukunft könnten die einst als problematisch geltenden kalten Flammen zu einer Schlüsseltechnologie für umweltfreundlichere und effizientere Fahrzeuge werden. Halten Sie sich bereit für die Revolution im Automobilbau!