Auch wenn Sie es vielleicht nicht wissen, hat die moderne Welt viele Gründe, für Cenosphären dankbar zu sein.
Nur wenige wissen von ihrer Existenz, noch weniger wissen, woher sie stammen. Ein kurzer Blick auf Wikipedia, die Quelle aller Quellen, verrät dem Unwissenden jedoch: „Eine Cenosphäre ist eine leichte, inerte Hohlkugel, die hauptsächlich aus Siliziumdioxid und Aluminiumoxid besteht und mit Luft oder einem Edelgas gefüllt ist. Sie entsteht typischerweise als Nebenprodukt der Kohleverbrennung in Wärmekraftwerken. Die Farbe von Cenosphären variiert von Grau bis fast Weiß, und ihre Dichte beträgt etwa 0,4–0,8 g/cm³, was ihnen einen hohen Auftrieb verleiht.“
Das beschreibt jedoch nur unzureichend die wahre Schönheit dieser winzigen, aber dennoch leistungsstarken Flugaschekugeln. Ihre eigentliche Stärke liegt nämlich in ihrer vielfältigen Anwendung. Wie die französische Fachzeitschrift „Industrie & Technologies“ ausführt: „Aufgrund ihrer geringen Dichte, Größe, Kugelform, mechanischen Festigkeit, hohen Schmelztemperatur, chemischen Inertheit, isolierenden Eigenschaften und geringen Porosität finden Mikrokügelchen [auch Cenosphären genannt] ein breites Anwendungsspektrum in der Industrie. Insbesondere eignen sie sich ideal zur Verstärkung von Materialien oder zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit sowie der Wärme- und Schalldämmung von Beschichtungen und Farben. Sie können als multifunktionale Füllstoffe bezeichnet werden und lassen sich gut in Harze und Bindemittel wie Thermoplaste und Duroplaste integrieren.“
Cenosphären in Farben und Lacken
Aufgrund ihrer zusätzlichen Eigenschaften finden Cenosphären in der Farben- und Lackindustrie vielfältige Anwendung. Beispielsweise werden sie häufig in Beschichtungen eingesetzt, um die Infrarotstrahlung zu kontrollieren. Dies verleiht den Beschichtungen einen Vorteil gegenüber solchen, die lediglich die Wärmeleitfähigkeit begrenzen.
Die Beschichtungsexperten von Petra Buildcare Products erklären derweil, wie Cenosphären „… die Qualität der Farbe verbessern, indem sie das Volumen und die Dichte des Produkts erhöhen. Nach dem Auftragen auf die Wand neigen die Keramikkügelchen dazu, zu schrumpfen, wodurch ein dichter Film an der Wand entsteht.“
Cenosphären in Syntaktischen Schäumen
Cenosphären werden häufig zur Herstellung von Syntaktikschäumen verwendet. Dabei handelt es sich um spezielle Feststoffe, die Cenosphären als Füllstoff nutzen, um eine Reihe von Vorteilen zu bieten, von geringeren Kosten über erhöhte Festigkeit und Schalldämmung bis hin zu Auftrieb und Wärmeschutz.
Die Experten von Engineered Syntactic Systems beschreiben Syntaktikschaum wie folgt:
Der Begriff „Syntaktik“ bezieht sich auf die geordnete Struktur der Hohlkugeln. Der Begriff „Schaum“ verweist auf die zelluläre Struktur des Materials. Dank seiner einzigartigen Eigenschaften – hohe Festigkeit bei geringer Dichte – findet Syntaktikschaum breite Anwendung in Unterwasser-Auftriebssystemen. Syntaktische Materialien sind beständig gegen die kombinierte Wirkung von hydrostatischem Druck und langfristiger Einwirkung und eignen sich daher ideal für Projekte im Bereich der Meeresforschung, wie z. B. Kabel- und Hartkugelbojen sowie Instrumentenhalterungen. Sie bieten zudem Festigkeit und strukturelle Integrität bei einem deutlich geringeren Gewicht pro Volumen als die meisten herkömmlichen Materialien und sind daher eine attraktive Wahl für viele Anwendungen im Verteidigungs- und Bauwesen.
Cenosphären bei Erdölbohrungen
Als Beweis für die oft unterschätzte Bedeutung von Cenosphären genügt ein Blick auf ihre entscheidende Rolle in der Erdölindustrie. Denn während die Bedeutung von Erdöl in der modernen Welt allgemein bekannt ist, ist es wenig bekannt, dass Cenosphären, wie die französische Fachzeitschrift „Industrie & Technologies“ berichtet, „…seit mehreren Jahren im Bereich der Erdölbohrung eingesetzt werden, um die Dichte einer Erdölzementpaste zu reduzieren, ohne den Wassergehalt zu erhöhen.“
Cenosphären in Kunststoffen und Polymeren
Cenosphären finden auch bei der Herstellung von Kunststoffen und Polymeren Anwendung, da ihre Formbarkeit und Festigkeit dazu beitragen, das Schrumpfen von Thermoplasten und Duroplasten zu vermeiden.
Sie werden auch in modernen Verbundwerkstoffen der Automobilindustrie eingesetzt. So enthält beispielsweise die Chevrolet Corvette von 2016 eine „Sheet Molding Compound (SMC)-Formulierung, in der Glasmikrokügelchen den Calciumcarbonat-Füllstoff ersetzen und das Gewicht des Sportwagens Stingray Coupé um 9 kg reduzieren.“ Probir Guha, Vizepräsident des Herstellers Continental Structural Plastics Inc., erklärt den Einsatz von Cenosphären im Verbundwerkstoff: „Die typische SMC-Formulierung für diese Art von Fahrzeuganwendung besteht aus 20 Vol.-% Glasfaserverstärkung, 35 Vol.-% Harz und 45 Vol.-% Füllstoff, üblicherweise Calciumcarbonat.“ Er fügt hinzu: „Diese neue SMC-Formulierung ist kostengünstig und mit Aluminium konkurrenzfähig.“
Cenosphären in Beton
Seit Jahren werden Cenosphären als nützlicher Zusatzstoff für Beton verwendet, da sie die Festigkeit erhöhen und/oder die Schalldämmung verbessern und gleichzeitig die Dichte verringern. Jeff Girard, Präsident des Concrete Countertop Institute, erklärt diese Vorteile: „Theoretisch können Cenosphären einen Teil des im Beton verwendeten Sandes ersetzen. Cenosphären haben eine geringere Dichte als Wasser (durchschnittlich 0,7 gegenüber 1,0 bei Wasser); Quarzsandpartikel haben typischerweise eine Dichte von etwa 2,65. Das bedeutet, dass 1 Pfund Cenosphären das gleiche Volumen wie etwa 3,8 Pfund Sand einnimmt.“
Industrie & Technologies beschreibt auch den Einsatz von Cenosphären zur Lärmminderung und erklärt: „[Cenosphären werden] in Baustoffen verwendet, um Beton leichter zu machen und gleichzeitig eine Druckfestigkeit von 30 MPa bei einer Dichte von 1,6 t/m³ zu erhalten. Dadurch werden die Dichtheit verbessert und die Schallübertragung reduziert. Beispielsweise ist das St. Petersburger Wissenschaftlich-Technische Zentrum für Angewandte Nanotechnologien (STCAN) in Russland am Bau von Brücken mit solchen Betonen beteiligt, [um eine leisere Fahrbahn zu schaffen]. Cenosphären werden auch zur Verbesserung der Wärme- und Schalldämmeigenschaften von Putzen, Mörteln und Gipsputzen für Wände, Böden und Decken eingesetzt. Ein Zusatz von 40 Vol.-% Cenosphären halbiert den Schalldurchgangskoeffizienten.“
Cenosphären in der Pharmaindustrie
Cenosphären werden in der pharmazeutischen Industrie seit vielen Jahren eingesetzt, da die kleinen Kügelchen, beschichtet mit Wirkstoffen, als nahezu perfekte Transportvorrichtungen dienen können. Darüber hinaus merkt die französische Fachzeitschrift „Industrie & Technologies“ an: „Mit Silberoxid beschichtete Cenosphären können beispielsweise in Wundauflagen integriert werden, um die Wundheilung zu beschleunigen.“
Cenosphären in fortgeschrittenen Industrien
Es wird intensiv geforscht, um neue Anwendungsmöglichkeiten für dieses vielseitige Nebenprodukt zu entdecken. Beispielsweise werden neue Katalysatoren für die Methanoxidation mithilfe magnetischer Cenosphären entwickelt.
Cenosphären werden auch bei der Entwicklung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen (MMC) eingesetzt, einer Materialgruppe, die versucht, die hohe Energieabsorption, Schlagfestigkeit und geringe Dichte der Kugeln mit den Eigenschaften anderer Substanzen zu kombinieren. Andere, wie Paul Biju-Duval vom Georgia Institute of Technology in Atlanta, arbeiten intensiv an der Entwicklung zementfreier Baustoffe. Seine Forschung geht weiter; er fügt der Cenosphärenmischung Materialien wie Bambus und Metallrohre hinzu, um alternative, kostengünstigere, stabilere und umweltfreundlichere Bauweisen zu finden.
Das Institut für Chemie und Chemische Technologie der Russischen Akademie der Wissenschaften in Krasnojarsk erforscht derweil Anwendungsmöglichkeiten von Cenosphären in katalytischen Umwandlungen. BAE Systems versucht, Cenosphären in Farben einzusetzen, um Unsichtbarkeit im Infrarotspektrum zu erzielen und so militärischen Flugzeugen „Unsichtbarkeitsmäntel“ zu verleihen.
Angesichts der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und des noch größeren Potenzials an neuen Anwendungen ist das wachsende Interesse an Cenosphären kein Wunder. Solange Produktentwickler nach leichten Füllstoffen, verbesserten Wirkstofffreisetzungssystemen, optimierten Beschichtungen, Zementersatzstoffen und Kompositzusätzen suchen, wird es auch weiterhin Bedarf an Cenosphären geben. Mit zunehmender Forschung nach neuen Anwendungsmöglichkeiten für diese vielseitigen Sphären wird die Zukunft der Cenosphären erst im Laufe der Zeit deutlich werden.
Veröffentlichungsdatum: 28. Dezember 2021