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Panorama Campus Nord mit Mathetower und blauem Himmel © Jürgen Huhn​/​TU Dortmund
Nachhaltig und sauber

Prof. Natalie Germann simuliert Heißdampf-Geschirrspüler

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Porträt einer Frau vor einem grauen Hintergrund. Die Frau ist Prof. Natalie Germann. © Aliona Kardash​/​TU Dortmund
Prof. Natalie Germann ist Professorin für Strömungsmechanik an der Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen der TU Dortmund.
Werden Spülmaschinen unser Geschirr in Zukunft nicht mehr mit Wasser und Reinigungsmitteln, sondern allein mit heißem Dampf säubern? Diese Frage untersucht Prof. Natalie Germann von der Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen der TU Dortmund. Die Professorin für Strömungsmechanik hat dazu einen Heißdampf-Geschirrspüler simuliert. Die Ergebnisse klingen vielversprechend: Sauberes Geschirr, abgetötete Bakterien, schnelle Laufzeit, geringer Wasser- und Energieverbrauch. Ihre Erkenntnisse stellt Prof. Germann Ende November bei der Conference of the Division of Fluid Dynamics der American Physical Society (APS DFD) in Phoenix, USA, einem internationalen Fachpublikum vor.
Vier Grafiken Strömungsgrafiken sind zu sehen.
Die Simulation zeigt unter anderem, wie der heiße Dampf aus den Düsen unten am Boden der Spülmaschine aufsteigt und an den Wänden kondensiert.

Professionelle Dampfreiniger kommen zum Beispiel in Hotels bereits in großem Maßstab zum Einsatz, um Böden, Fenster oder Möbel effizient zu säubern und im selben Arbeitsschritt zu desinfizieren. Die Technologie könnte künftig auch die herkömmlichen Spülmaschinen ablösen, die reichlich Spültabs und Salz verwenden, einige schädliche Bakterien bei einer Temperatur von bis zu 70°C nicht abtöten können, lange Laufzeiten haben und viel Wasser verbrauchen. „180 Grad heißer Dampf reinigt Oberflächen gründlicher, schneller und damit auch effizienter“, erläutert Prof. Natalie Germann. „Außerdem kann er auch hitzeresistente Bakterien innerhalb weniger Sekunden abtöten. Das ist vor allem für den professionellen Einsatz in Krankenhäusern und Restaurants von großer Bedeutung.“

An der Entwicklung einer neuartigen Heißdampf-Spülmaschine arbeitet Prof. Natalie Germann gemeinsam mit den beiden Industriepartnern Medeco Cleantec und Herion Engineering aus Bayern.

Das Potenzial des heißen Dampfes haben Prof. Natalie Germann von der Technischen Universität Dortmund und Dr. Laila Abu-Farah von der Technischen Universität München mit einer Simulation untersucht. Dabei ging es zunächst darum, die physikalischen Prozesse zu verstehen: Wie stark wirkt der Dampf in der Spülmaschine? Wie weit reicht er? Wie kühlt er ab und wie kondensiert er? Welche Bakterien werden abgetötet? „Eine solche Simulation ist sehr komplex und herausfordernd“, sagt Prof. Natalie Germann. Als Basis nutzten die Wissenschaftlerinnen die frei verfügbare Software OpenFOAM, um zunächst die turbulente Strömung innerhalb der Maschine zu simulieren. Für die Simulation der Temperatur und der damit verbundenen Kondensation wurde sie mit einer weiteren Software kombiniert. 

Eine Grafik mit Angaben zur Entwicklung von Bakterien.
In 14 Sekunden werden die Bakterien auf dem Teller durch den heißen Dampf abgetötet.

Außerdem ergänzten die Wissenschaftlerinnen ein Bakterienmodell, um die Inaktivierung der Bakterien auf der Oberfläche des Geschirrs zu simulieren.

Zwei Grafiken nebeneinander mit Angaben zur Temperatur und Geschwindigkeit.
Die Simulation zeigt Strömung (Pfeile) und Temperatur im Heißdampf-Geschirrspüler. An den Wänden und an der Oberfläche des Tellers ist es heißer (rot) als im leeren Raum (blau).

„Die fertige Simulation zeigt die komplexe Dynamik zwischen Strömung, Temperatur und Bakterieninaktivierung in einer vereinfachten Spülmaschinengeometrie auf und bestätigt, dass der heiße Dampf tatsächlich verlässlich und in kurzer Zeit reinigt“, fasst Prof. Natalie Germann die Ergebnisse zusammen. Die Erkenntnisse werden zum Beispiel dazu beitragen, die richtige Anordnung der Düsen in einer Heißdampf-Spülmaschine zu wählen. Die Wissenschaftlerinnen planen, die Resultate in der Form eines Manuskriptes bei der internationalen Zeitschrift Physics of Fluids zu veröffentlichen. In einem nächsten Schritt soll die Simulation mit Experimenten gekoppelt werden, um unter anderem herauszufinden, ob in Heißdampf-Geschirrspülern überhaupt noch Reinigungsmittel benötigt werden.


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