Künstliche Wolke erzeugt echte Schneekristalle

Woher kommt der Schnee, wenn er nicht vom Himmel fällt? In Tirol testen Forscher auf 2100 Metern Seehöhe eine Wolkenkammer. Keime aus der Natur sollen helfen, Kunstschnee auch bei wärmeren Temperaturen zu produzieren.

So vielfältige Kristalle entstehen nur, wenn Schneeflocken Zeit haben zu wachsen. Kunstschnee hat eher „Zwetschkenform“.
So vielfältige Kristalle entstehen nur, wenn Schneeflocken Zeit haben zu wachsen. Kunstschnee hat eher „Zwetschkenform“.
So vielfältige Kristalle entstehen nur, wenn Schneeflocken Zeit haben zu wachsen. Kunstschnee hat eher „Zwetschkenform“. – (c) Boku Wien

Eine künstliche Wolke, die die Skipiste beschneit, wenn die Natur auf sich warten lässt. Dieser Traum wohl jedes Liftbetreibers steht im Tiroler Ferienort Obergurgl auf rund 2100 Metern Seehöhe. Dort testen Michael Bacher und sein Team von Neuschnee, einem 2014 aus Boku und TU Wien hervorgegangenen Spin-off, derzeit den ersten Prototypen. „Ich will Schnee in allen erdenklichen Variationen machen, und das nicht in homöopathischen Dosen“, sagt Bacher.

Denn es gibt viele Arten von Schnee. Natürliche Schneeflocken, die sich in einer Wolke bilden und vom Himmel fallen, sind anders aufgebaut als die, die aus der Kanone kommen. „Die Kristalle haben auf dem Weg zur Erde Zeit, zu wachsen“, erklärt Hinrich Grothe von der TU Wien. Sie bilden – je nach Temperatur und Luftfeuchtigkeit – Kristalle in ganz unterschiedlichen Formen: Plättchen, Prismen oder sechsarmige Sterne in unzähligen Varianten. Kunstschnee sieht unter dem Mikroskop wiederum eher aus wie „kleine Zwetschken“. Der unterschiedliche Aufbau macht Kunstschnee aber weniger locker, das spürt der Skifahrer auch am Fahrgefühl.

 

Nach dem Vorbild der Natur

In der bisher weltweit einzigartigen, rund sechs Meter hohen, zylindrisch geformten Wolkenkammer in Tirol lassen sich bereits Eiskristalle nach dem Vorbild der Natur herstellen. Die Forscher blasen dazu Wassertropfen in die Wolke. Ein Teil verdampft, ein Teil bildet Eiskristalle, wie das auch in der natürlichen Atmosphäre passiert.

Damit sich die Kristalle bilden, werden „Keime“ eingebracht. Mit Krankheitserregern haben diese aber nichts zu tun. Es handelt sich um Nukleationskeime: Das sind Stellen an einem Festkörper, an denen sich Wassermoleküle anlagern. So können sich Eiskristalle überhaupt bilden: Ohne die Keime entstehen die Kristalle nämlich erst bei minus 38 Grad Celsius. Im alpinen Raum können das auch Gletscherschliff oder Zellulose bewirken.

 

Keime kommen schon jetzt vor

Schon jetzt sind also Nukleationskeime involviert, wann immer Kunstschnee produziert wird. „Sie kommen aus der Trinkwasserleitung, dem Gebirgsbach oder dem Beschneiungsteich“, sagt Grothe, der sich schon lange mit Eiswolken und ihrem Einfluss auf die Atmosphäre befasst. Nun möchte der Materialchemiker die Erkenntnisse aus Wolkenchemie- und -physik buchstäblich auf den Boden, nämlich auf die Skipiste, bringen.

Dazu arbeitet er im mit Herbst 2015 gestarteten Forschungsprojekt „Earlysnow“ unter anderem auch mit dem Boku-Absolventen Bacher und mehreren Forschern der Uni Innsbruck zusammen. Gemeinsam wollen sie die für die Schneeerzeugung wichtigen natürlichen Keime besser verstehen. Das ist die Basis, um sie später gezielt für eine umweltfreundlichere Schneeproduktion nutzen zu können. Es geht darum, eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Praxis zu spannen, die Forschungsförderungsgesellschaft FFG unterstützt sie dabei mit dem Bridge-Programm.

Unter dem Mikroskop kühlen die Forscher dazu ein Ensemble von Tropfen ab und beobachten sie in einer Tieftemperaturkammer beim Frieren. „Wir sehen, bei welcher Temperatur 50 Prozent der Tropfen gefroren sind. Mit diesem Kennwert können wir dann verschiedene Keime miteinander vergleichen“, so Grothe.

Ein Ziel der Forscher: Kunstschnee lässt sich derzeit nur bei besonders frostigen Temperaturen effizient produzieren. „Zwischen minus ein und minus acht Grad Celsius funktionieren die Beschneiungssysteme nicht optimal. Erst darunter arbeiten die Systeme richtig“, sagt Grothe. Die Nukleationskeime aus der Natur sollen helfen, Schnee bei wärmeren Temperaturen zu produzieren. Das soll zugleich Strom und Wasser und nicht zuletzt Kosten sparen: Immerhin werden jedes Jahr allein in Tirol 40 Millionen Kubikmeter Kunstschnee erzeugt. Und der Schnee soll auch bessere Qualität haben.

 

Forschung auf der Piste

In einem zweiten Schritt geht es dann auf die Skipiste. Die Forscher wollen vor Ort in Experimenten testen, wie gut welche Keime funktionieren und wie hoch beschneit werden muss. Dazu lassen sich konventionelle Systeme wie Schneekanonen oder -lanzen nutzen, aber eben auch Bachers künstliche Wolke, aus der schon jetzt Schnee in Flockenform statt als Eiskügelchen kommt.

Selbst wenn kein Schnee fällt, könnte man so in wenigen Jahren ein ganzes Skigebiet beschneien, so Bacher. Dieses Wochenende sollte das auch wieder die Natur erledigen. Die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik ZAMG meldet jedenfalls für einen Großteil Österreichs weitere Niederschläge.

In Zahlen

40 Millionen Kubikmeter Schnee werden jedes Jahr allein in Tirol künstlich erzeugt. Das ist nicht nur teuer, sondern braucht auch viel Energie. Das Interesse an günstigeren, umweltfreundlichen Alternativen ist daher groß.

–38 Grad brauchen Eiskristalle, um sich zu bilden, wenn keine Nukleationskeime da sind: kleine Festkörper, die Wasser in Eisstruktur anordnen. Forscher wollen Keime aus der Natur nutzen, um besseren Kunstschnee herzustellen. Dazu beobachten sie Tropfen beim Frieren im Labor.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 23.01.2016)

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