AT509864A4 - Nukleationsmittel - Google Patents
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Description
* · · t · * · * · i
Die Erfindung betrifft ein Nukleationsmittel, wie es für das Herstellen von Kunstschnee (= technischer Schnee = Maschinenschnee) Verwendung finden kann.
Die zunehmende Klimaänderung, insbesondere Klimaerwärmung, bedingt, dass intensiv an 5 Verfahren zum künstlichen bzw. technischen Beeinflussen der atmosphärischen Wasserdampfkondensationsprozesse und insbesondere Schneeerzeugung gearbeitet wird.
Eine der Folgen der Klimaerwärmung bedingt vermehrt negative Auswirkungen, einerseits auf Sach- und Agrargüter bei Hagelschlag und andererseits auf den Tourismus, 10 insbesondere auf Grund unzureichender Schneemengen.
Verfahren unter Verwendung von Nukleationsmitteln (= Additive) in technischen/ künstlichen Verfahren, Regen herbeizuführen bzw. Hagel abzuwehren und die Kunstschneeerzeugung zu optimieren, sind insbesondere kritisch, da sie möglicherweise nachteilige Einwirkungen 15 auf die Umwelt haben (beschränkte Umweltverträglichkeit) und Langzeitauswirkungen bzw. der Energiebedarf zu berücksichtigen sind.
Beim Erzeugen von Kunstschnee werden als Additive (= Nukleationsmittel) Gefrierkeme eingesetzt. Alternativ werden Kondensationskeime in wasserdampfgesättigten 20 Wolkenformationen eingesetzt, um Hagel abzuwehren oder um Wolken zum gezielten Abregnen zu veranlassen.
Bekannt sind Gefrierkeme als Nukleationsmittel auf Basis beispielsweise gefriergetrockneter Bakterien “Pseudomonas-syringae", die auf Grund spezieller Proteine in der Lage sind, die 25 Nukleationstemperatur von Wasser anzuheben. Wird dieses Nukleationsmittel (= Additiv), also das getrocknete Bakterium “Pseudomonas-syringae", im Schneiwasser verwendet, kann bei höheren Feuchtkugeltemperaturen eine effektive künstliche Beschneiung erfolgen, wobei dies bei höheren Temperaturen möglich ist, als bei Schneiwasser ohne Zugabe von Nukleationsmitteln. Nachteilig bei diesem Verfahren, bei dem als Nukleationsmittel (= 30 Additiv) beim Erzeugen von technischem Schnee gefriergetrocknete Bakterien zugesetzt werden, ist, dass dieses Nukleationsmittel auf Grund seines biologischen Ursprunges nicht in allen Ländern zugelassen ist.
Es ist weiters bekannt, dass natürliche Mineralien in Staubform atmosphärische Nukleatoren 35 für das Bilden von Tropfen/Eiskristallen in Wolken sind und dass Verunreinigungen in Form von Partikeln mineralischen Ursprungs (z.B. Gletscherschliff) im Schneiwasser das Bilden von Kunstschnee bei höheren Temperaturen fördern.
Als Kondensationskeime für das Impfen von Wolken wird in wasserdampfgesättigten 40 Wolkenformationen üblicherweise Silberjodid eingesetzt, wobei diese Kondensationskeime aus Flugzeugen oder mit Hilfe von Hagelabwehrraketen in die Wolken gebracht werden. Nachteilig bei der Verwendung von Silberjodid für das Impfen von Wolken ist eine mögliche negative Beeinflussung von Gesundheit und Sicherheit sowie ein möglicher nachteiliger Einfluss auf die Vegetation. 5
Aus der DE 694 20 522 T2 ist es bekannt den Saft der Sanddornpflanzen bei der Speiseeiszubereitung zu verwenden, um höhere Herstellungstemperaturen zu erlauben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nukleationsmittel (= Additive) vorzuschlagen, die 10 ausschließlich auf Stoffe zurückgreifen, die in der Natur häufig und in entsprechenden Mengen Vorkommen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Nukleationsmittel, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. 15
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Nukleationsmittels sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass grundsätzlich alle natürlich 20 vorkommenden oder auf synthetischem Weg (z.8. mit Hilfe von Fällungsreaktionen) herstellbaren Mineralien als Additive (= Nukleationsmittel) im Sinne der Erfindung zur Anwendung gebracht werden können.
Vorteil des erfindungsgemäßen Additivs (= Nukleationsmittel) ist es, dass dieses exakt in 25 Größe, Menge und Beschaffenheit und in seiner Form an die Gegebenheiten angepasst werden kann. Dies gilt hinsichtlich Größe, Menge und Beschaffenheit für natürlich vorkommende und für synthetisch hergestellte Nukleationsmittel der Erfindung, wobei die Morphologie, also die Form, insbesondere bei künstlich hergestellten Nukleationsmitteln an die Gegebenheiten angepasst werden kann. 30
Mit der Erfindung werden also Nukleationsmittel zur Verfügung gestellt, die hinsichtlich chemischer Zusammensetzung, Korngröße, Korngrößenverteilung, Konzentration und Morphologie gezielt ausgewählt werden können. Die erfindungsgemäßen Nukleationsmittel können durch Mahl- oder Fällverfahren exakt mit den Parametern erzeugt werden, die sie 35 für die Verwendung als Additiv (= Nukleationsmittel) geeignet machen.
Im Vorliegenden wird unter einem Mineral ein natürlich vorkommender, meist kristalliner Feststoff mit einer einheitlichen chemischen Zusammensetzung und einem auf mikroskopischer Ebene gleichförmigen Aufbau verstanden. Erfindungsgemäße Mineralien 40 können im Rahmen der Erfindung auch synthetisch mit gleicher chemischer 5 • * · α· · * ο ·· ···
Zusammensetzung wie das natürlich vorkommende Mineral hergestellt werden.
Insbesondere sind im Rahmen der Erfindung folgende Mineralien bzw. deren Mischungen in Betracht gezogen:
Carbonate: Calciumcarbonat
Calcium-Magnesium-Carbonat (Dolomit) 10 15
Bariumcarbonat Kaliumcarbonat Natriumcarbonat Magnesiumcarbonat Strontiumcarbonat Sulfate: Calciumsulfat
Bariumsulfat Strontiumsulfat Silikate: Kaolin
Talk
Quarzsand (Si02) 20 Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, dass die als Nukleationsmittel (= Additiv) eingesetzten Mineralien entweder mechanisch auf eine Korngröße von 0,05 bis 5 pm zerkleinert werden oder wenn sie durch Fällung erzeugt werden, durch Einhalten definierter Randbedingungen, so gefällt werden, dass sie im Komgrößenspektrum 0,05 bis 5 pm liegen. 25
Besonders in Betracht gezogen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zuletzt auf Grund von seiner Verfügbarkeit gemahlenes Calciumcarbonat einerseits und gefälltes Calciumcarbonat andererseits. 30 Gemahlenes Calciumcarbonat kann z.B. als Kreide, Kalkstein oder Marmor vorliegen und wird nach dem bergmännischen Abbau in mehreren Stufen trocken und/oder nass auf die erfindungsgemäß in Betracht gezogene Korngröße zwischen 0,05 und 5 pm mechanisch zerkleinert. Das so zerkleinerte Calciumcarbonat (zerkleinertes Korn) liegt mit amorpher Struktur vor, wobei die Form auf Grund des Mahlvorganges nicht signifikant beeinflusst 35 worden ist.
Gefälltes Calciumcarbonat, das im Rahmen der Erfindung als Nukleationsmittel (= Additiv) ebenfalls bevorzugt in Betracht gezogen ist, hat gegenüber gemahlenem Calciumcarbonat den Vorteil, dass es in verschiedenen Morphologien und in einem sehr engen Komgrößenband mit hoher Reinheit hergestellt werden kann. Gefälltes Calciumcarbonat hat 40 • · auch den Vorteil, dass es ohne Kontamination durch organische Substanzen hergestellt werden kann, insbesondere wenn als Ausgangsprodukt vor dem Fällprozess gebrannter Kalk verwendet wird. Bei gefälltem Calciumcarbonat kann, je nach den Ausfällbedingungen, eine der folgenden Morphologien erreicht werden: 5 - Skalenoeder - Rhomboeder - Aragonit - Vaterit 10
Die Kristalle können als erfindungsgemäßes Nukleationsmittel (= Additiv) diskret/vereinzelt oder auch in Form von Agglomeraten verwenden werden. Dabei liegen die Einzelkristallgrößen in einem in der Erfindung bevorzugten Bereich von etwa 0,05 bis 5 pm. 15 Bei Verwendung können die erfindungsgemäßen Nukleationsmittel mit Hilfe pyrotechnischer Hilfsmittel versprüht werden oder als Suspension im Wege einer gezielten Flüssigdosierung im Schnei-/Zulaufwasser von Schneekanonen eingesetzt werden.
Beim Herstellen von Kunstschnee (~ technischer Schnee) kann mit Hilfe einer Dosierung 20 der erfindungsgemäßen Nukleationsmittel (= Additive) in Form einer Suspension die Anzahl der Nukleationskeime je Wassertropfen genau definiert werden und somit auch eine kontinuierliche, an die Erfordernisse angepasste Menge gewählt werden, die auf die jeweils gegebenen Verhältnisse einstellbar ist. So kann auch der Verbrauch an Nukleationsmittel gemäß der Erfindung optimiert werden. 25
Im Falle des Erzeugens von Kunstschnee (= technischer Schnee) kann das erfindungsgemäße Nukleationsmittel in allen Schneeerzeugungsgeräten, wie Schneilanzen oder Propellermaschinen, eingesetzt werden. 30 Da im Rahmen der Erfindung natürlich vorkommende Mineralien (auch wenn sie synthetisch erzeugt worden sind) verwendet werden, ist eine Gefährdung oder negative Beeinflussung von Flora und Fauna ausgeschlossen.
Im Rahmen der Erfindung ist auch in Betracht gezogen, die Wirkung der Nukleationsmittel 35 als Nukleationskeime zu erhöhen, indem diese mit einer Beschichtung oder im Gemisch mit verschiedenen natürlichen Substanzen verwendet werden.
Solche Substanzen, die in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Nukleationsmittel (als Beschichtung oder als Mischungsbestandteil) eingesetzt werden, sind beispielsweise 40 Aminosäuren, welche die Bildung von Eiskeimen (in der Atmosphäre) fördern. Insbesondere • # · * t · · * ·« ·«· • · · * ·*· ·*·# ψ · « • · · * · lC* · · *♦ ·· ?· -·3 «· «·# in Betracht gezogen ist L-Leucin, das als Nukleationspromotor in Verbindung mit erfindungsgemäßen Nukleationsmitteln, insbesondere gemahlenem Calciumcarbonat oder gefälltem Calciumcarbonat, verwendet werden kann. 5 Ein anderer, in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Nukleationsmittel verwendeter Stoff, der beispielsweise als Beschichtung der erfindungsgemäßen Nukleationsmittel verwendet werden kann, ist die Sanddornpflanze. Dabei werden insbesondere die Beeren und/oder die Blätter der Sanddornpflanze zerkleinert und in weiterer Folge als Extrakt für die Verwendung als Beschichtungsmittel aufbereitet. D.h. mit Hilfe einer Extraktionslösung, 10 basierend auf Lösungen von Alginaten, Polygalacturonsäure, Amylose, Lactose etc. werden den zerkleinerten/aufbereiteten Sanddornbestandteilen die Wirkstoffe entzogen. Im darauf folgenden Schritt werden die festen Bestandteile durch gängige Filtrationsverfahren (z.B. Filterpresse) abgetrennt; der zurückbleibendem, flüssige Anteil enthält dann die entsprechenden Nukleationspromotoren, die die Wirkung der mineralisch/synthetischen 15 Additive in weiterer Folge verstärkt.
Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Nukleationsmittel zum Erzeugen von Kunstschnee ist noch, dass das Schneevolumen gesteigert, die Kunstschneequalität verbessert und/oder der Wasser-/Energieverbrauch verkleinert werden kann. 20
Versuche mit einer Propellerschneekanone, bei denen mit L-Leucin (in Pulverform) beschichtetes, gefälltes Calciumcarbonat als Nukleationsmittel verwendet wurde, haben gezeigt, dass bei etwa 1,5° C höherer Feuchtkugeltemperatur schon technischer Schnee hergestellt werden kann verglichen zu Standardbedingungen ohne erfindungsgemäßes 25 Nukleationsmittel.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben:
Versuchsdatum: 30 Ort: Maschinentype: Additiv: Mittlere Korngröße: Morphologie: 35 Spezifische Oberfläche: Beschichtung: Dosierstelle: Nukleationskeime: 10.12.2009 Villach (AT)
Areco/Sufag Standard Propellermaschine PCC (gefälltes Calciumcarbonat) 100 Nanometer (= 0,1 pm) rhomboedrisch ca. 17m2/gr L-Leucin (Aminosäure) Kühlturmbecken = Saugstelle für Versorgungspumpe ca. 70 (bei angenommenem Tropfendurchmesser von 0,75 mm) 40 Φ·# ··«· * · • Λ · · ψ -·ο ·♦ *··
Additiv Dosierung Feuchtkugel Temperatur Wassertemperatur Ergebnis Nein -2,2°C ca. 2°C Kein Schnee Nein -3,7°C ca. 2°C Nassschnee Ja -2,2eC ca. 2°C Nassschnee
Die erfindungsgemäßen Nukleationsmittel aus gemahlenen, beschichteten Mineralien, insbesondere Calciumcarbonat als gefälltes oder gemahlenes Calciumcarbonat, können beim Herstellen von Kunstschnee (= technischer Schnee - Maschinenschnee) mit einer 10 Beschichtung/Behandlungsmittel aus proteinischen und lipidischen Bestandteilen der Sanddornpflanze (Hippophae) und/oder aus Aminosäuren, wie z.B. L-Leucin, bestehen.
Die erfindungsgemäßen Nukleationsmittel können, abgesehen vom Erzeugen von Kunstschnee (technischer Schnee oder Maschinenschnee), auch für beschleunigte 15 Kondensation von Wasser in der Atmosphäre, insbesondere als Hagelabwehrmaßnahme, eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist die beschleunigende Kondensation und Tropfenbildung von Wasser in der Atmosphäre von Bedeutung.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben 20 werden:
Als Additiv/Nukleationsmittel für das Herbeiführen einer Kondensation von Wasser in Wolken, um Regen auszulösen und/oder um Kunstschnee zu erzeugen, werden natürlich vorkommende, mechanisch aufbereitete Mineralien oder synthetisch hergestellte Mineralien 25 mit gleicher chemischer Zusammensetzung, oder auch eine Mischung beider Arten in einer Korngröße zwischen 0,05 und 5 pm verwendet. Insbesondere in Betracht gezogen sind Nukleationsmittel in Form von mineralischen Carbonaten, Sulfaten oder Silikaten, wobei Calciumcarbonat besonders bevorzugt ist. Die Nukleationsmittel können mit einer Beschichtung versehen sein, die als Nukleationspromotor wirkt, wobei solche 30 Beschichtungen insbesondere Aminosäuren sein können.
Claims (10)
- ·· ·♦»· • · · * · · · • · · · · • ··· ·«·· • .i7Patentansprüche: 1. Nukleationsmittel für das Herstellen von technischem Schnee, Kunstschnee oder auch Maschinenschnee, dadurch gekennzeichnet, dass es ein in Teilchenform vorliegendes 5 Mineral umfasst.
- 2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein gemahlenes Mineral umfasst.
- 3. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein durch Fällen gewonnenes Mineral umfasst.
- 4. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nukleationsmittel im Gemisch mit einem Nukleationspromotor in Form einer 15 Beschichtung/Beimischung aus proteinischen und lipidischen Bestandteilen der Sanddornpflanze und/oder aus Aminosäuren, insbesondere L-Leucin, vorliegt.
- 5. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrölie zwischen 0,05 und 5 pm liegt. 20
- 6. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nukleationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus mineralischen Carbonaten, insbesondere Calciumcarbonat, Calcium-Magnesium-Carbonat, Bariumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat, 25 Strontiumcarbonat, mineralischen Sulfaten, insbesondere Caiciumsutfat, Bariumsulfat, Strontiumsulfat und mineralischen Silikaten, insbesondere Kaolin, Talk, Quarzsand.
- 7. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel gemahlenes Calciumcarbonat ist. 30
- 8. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel gefälltes Calciumcarbonat ist.
- 9. Mittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel aus einer Suspension 35 von gebranntem Kalk in Wasser (Kalkhydrat) gefälltes Calciumcarbonat ist.
- 10. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel mechanisch aufbereitete Mineralien oder synthetisch hergestellte Mineralien mit gleicher chemischer Zusammensetzung, oder eine Mischung beider Arten umfasst. Patentansprüche: 1. Nukleationsmittel für das Herstellen von technischem Schnee, Kunstschnee oder auch Maschinenschnee, umfassend ein in Form von Teilchen mit einer Teilchengröße zwischen 0,05 und 5 pm vorliegendes Mineral als Nukleationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Nukleationsmittel mit einem Nukleationspromotor in Form einer Beschichtung aus L-Leucin vorliegt 2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nukleationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus mineralischen Carbonaten, insbesondere Calciumcarbonat, Calcium-Magnesium-Carbonat, Bariumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Strontiumcarbonat, mineralischen Sulfaten, insbesondere Calciumsulfat, Bariumsulfat, Strontiumsulfat und mineralischen Silikaten, insbesondere Kaolin, Talk, Quarzsand. 3. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel gemahlenes Calciumcarbonat ist. 4. Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel gefälltes Calciumcarbonat ist. 5. Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel aus einer Suspension von gebranntem Kalk in Wasser (Kalkhydrat) gefälltes Calciumcarbonat ist. 6. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel mechanisch aufbereitete Mineralien oder synthetisch hergestellte Mineralien mit gleicher chemischer Zusammensetzung, oder eine Mischung beider Arten umfasst.
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