Kohlenstoff-Nanoröhren zu weich für Weltraumlift

Weltraumaufzug: mit Nanoröhren nicht machbar. Bild: Bruce Irving, flickr.com

Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) gelten als robustes Wundermaterial, aus dem sogar das für einen Weltraumaufzug nötige zehntausende Kilometer lange Kabel bestehen könnte. Eben das stellen nun aber chinesische Forscher infrage. Sie haben festgestellt, dass schon ein einzelnes falsch platziertes Atom die Struktur von CNT-Kabeln massiv schwächt. Die theoretisch vorhergesagte Bruchfestigkeit scheint aus heutiger Sicht in der Praxis unerreichbar - was den Traum vom Weltraumaufzug gefährdet.

Ein Weltraumaufzug, der Material von der Erdoberfläche ins All transportiert, käme langfristig deutlich günstiger als Raketenstarts. Allerdings wäre dafür ein Kabel nötig, das nicht nur bis in die geostationäre Umlaufbahn (35.786 Kilometer Höhe), sondern noch weit darüber hinaus reicht. Materialien wie Stahl oder Kevlar würden der entstehenden Belastung keinesfalls standhalten. CNTs dagegen sollten theoretisch eine ausreichend hohe Bruchfestigkeit ermöglichen. In der Praxis sieht das laut dem Team um den Physiker Feng Ding von der Hong Kong Polytechnic University http://www.polyu.edu.hk aber anders aus. "Nur CNTs extremer Qualität behalten ihre ideale Stärke", erklärt er gegenüber "New Scientist".

Theoretisch beträgt die Bruchfestigkeit von CNTs etwa 100 Gigapascal (GPa), doch bisher ist nur die Fertigung von Kabeln mit etwa einem GPa gelungen. Das liegt den Forschern zufolge daran, dass schon kleinste Fehler die Struktur der Nanoröhren massiv schwächen. Sie konnten zeigen, dass schon ein einzelnes verrutschtes Kohlenstoff-Atom einen winzigen Knick bedeuten kann, der die Bruchfestigkeit einer Nanoröhre auf lediglich 40 GPa senkt. Schon das ist weniger, als gängigen Schätzungen zufolge für das CNT-Kabel eines Weltraumaufzugs erforderlich sind.

Kleiner Knick, große Wirkung

Den Forschern zufolge ist der winzige Knick eine Schwachstelle, an der die betroffene CNT als erstes bricht, ehe sie sich weiter auflöst. Ist so eine Kohlenstoff-Nanoröhre in ein Kabel verwoben, würde das wohl eine Kettenreaktion auslösen - wenn die fehlerhafte CNT zerreißt, steigt die Belastung auf die umliegenden Nanoröhren und auch diese beginnen zu kollabieren.

"Die meisten massengefertigten Kohelnstoff-Nanoröhren haben viele Fehler", betont Ding. Dementsprechend dürfte sich damit kein weltraumaufzugtaugliches Kabel fertigen lassen. Selbst kleinere Fortschritte bei der Herstellung dürften nicht reichen. "Wenn es nicht große Durchbrüche bei der CNT-Synthese gibt, wäre es eine extreme Herausforderung, mit CNTs einen Weltraumaufzug zu bauen", meint der Physiker abschließend.

Quelle: www.pressetext.com/Thomas Pichler