Welche Wirkungen haben Mikrowellen über das Erzeugen von Wärme hinaus? Beeinflusst möglicherweise ein seltsamer „nicht-thermischer Effekt“ chemische Reaktionen. Österreichische Wissenschaftler haben diese Theorie jetzt im Experiment überprüft – und widerlegt. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ veröffentlicht und in den beiden renommierten Wissenschaftsjournalen „Nature“ und „Science“ diskutiert.
Einfach nur praktisch oder doch gefährlich? Für die meisten sind die elektromagnetischen Strahlen der mit den langen Wellenlängen einfach eine schnelle Methode um Lebensmittel zu erhitzen oder aufzutauen. Durch die Wellen angeregt, bewegen sich vor allem die Wasserteilchen im Gargut schnell und erzeugen damit Wärme. Aber ist dies wirklich der einzige Effekt der Mikrowelle? Die Frage, ob diese Strahlung neben dem Temperatur-Effekt noch andere Veränderungen, vor allem in chemischen Reaktionen hervorruft, beschäftigt seit Jahren die Forschung. Jetzt hat ein Wissenschaftlerteam der Universität Graz getestet, was an den Theorien zu den nicht-thermischen Effekten der Wellen dran ist.
Reine Wärmewirkung oder doch nicht-thermischer Effekt?
„Wir haben eine Methode gefunden, mit der wir einfach und rasch feststellen können, ob Mikrowellen auch nicht-thermische Effekte haben“, erklärt Professor C. Oliver Kappe, der mit seinen Kollegen nun der Antwort auf diese Frage einen entscheidenden Schritt näher gekommen ist. Die Wissenschaftler hatten
untersucht, ob chemische Prozesse unterschiedlich ablaufen, je nachdem ob eine Substanz im Reagenzglas direkt durch die Mikrowellenstrahlung erhitzt wird oder ob die Mikrowellen nur das Gefäß aufheizen und dieses dann die Wärme auf die Flüssigkeit im Inneren überträgt.
Abschirmendes Versuchsgefäß
Die Wissenschafter verwenden dazu ein spezielles Gefäß in der Form eines Reagenzglases, jedoch aus Siliziumkarbid. „Dieses Material absorbiert Mikrowellen zu annähernd hundert Prozent, lässt sie also nicht bis zur Flüssigkeit im Inneren des Gefäßes durch“, erklärt Kappe, der sich vor allem deshalb für Mikrowellen interessiert, weil sie chemische Reaktionen extrem beschleunigen. Damit bringen sie der Industrie eine enorme Zeit- und Kostenersparnis. An 18 verschiedenen Reaktionen führten die Wissenschaftler den Versuch bisher durch.
Nur die Hitze machte den Unterschied
Das Ergebnis: „Die Reaktionen verliefen in beiden Gefäßen gleich schnell und gleich sauber“, berichtet Kappe. „Offenbar ist in diesen Fällen ausschließlich die Hitze, sprich der thermische Effekt der Mikrowellen, verantwortlich für die Beschleunigung der Synthese.“ Andere Auswirkungen ließen sich nicht feststellen. Was nicht heißt, dass es nicht Ausnahmen geben kann. Diese zu identifizieren wird Aufgabe weiterer Forschungen des Teams um Kappe sein.
Dafür steht den Chemikern nun ein ganz neuer Mikrowellenreaktor zur Verfügung, entwickelt vom international erfolgreichen Grazer Unternehmen Anton Paar, Kooperationspartner im Christian-Doppler- Labor. Der kürzlich auf den Markt gebrachte „Monowave 300“ ermöglicht erstmals, gleichzeitig die Temperatur außen am Gefäß und jene der Flüssigkeit im Inneren exakt zu messen.
Eine Revolution in der Mikrowellensynthese, die besonders detaillierte Untersuchungen erlaubt.
(Universität Graz, 12.11.2009 – NPO)
